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本科毕业论文---基于单片机的超声波测距仪.doc
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南京师范大学电气与自动化工程学院毕业论文
1
目 录
摘 要.....................................................................................................................1
Abstract .................................................................................................................2
第 1 章 绪 论.....................................................................................................3
1.1 课题研究的目的与意义..............................................................................................3
1.2 国内外研究动态..........................................................................................................3
1.3 论文主要内容..............................................................................................................4
第 2 章 系统的总体设计...................................................................................5
2.1 设计方案......................................................................................................................5
2.2 系统的硬件选型..........................................................................................................5
2.2.1 单片机选型.......................................................................................................5
2.2.2 超声波传感器选型...........................................................................................6
2.2.3 超声波接收芯片选型.......................................................................................7
2.2.4 显示器选型.......................................................................................................7
第 3 章 系统的硬件设计...................................................................................8
3.1 基本系统构成..............................................................................................................8
3.1.1 系统电源电路...................................................................................................9
3.1.2 超声波发射电路...............................................................................................9
3.1.3 超声波接收电路.............................................................................................10
3.1.4 晶振电路.........................................................................................................11
3.1.5 复位电路.........................................................................................................11
3.1.6 显示电路.........................................................................................................12
3.1.7 报警电路.........................................................................................................13
3.2 电路原理图................................................................................................................13
3.3 PCB 图........................................................................................................................14
第 4 章 系统的软件设计.................................................................................15
4.1 软件 keil 的简介........................................................................................................15
4.2 主程序流程................................................................................................................15
4.3 超声波收发模块程序设计........................................................................................16
4.3.1 超声波收发中断子程序.................................................................................17
4.3.2 距离测算子程序.............................................................................................19
4.4 显示模块程序设计....................................................................................................19
4.4.1 初始化程序.....................................................................................................21
4.4.2 显示程序.........................................................................................................21
4.4.3 延时程序.........................................................................................................22
4.5 现场实测距离显示....................................................................................................23
南京师范大学电气与自动化工程学院毕业论文
2
第 5 章 结 论...................................................................................................24
5.1 总 结..........................................................................................................................24
5.2 系统实物图形............................................................................................................25
5.3 展 望..........................................................................................................................25
致 谢...................................................................................................................26
参考文献.............................................................................................................27
附 录...................................................................................................................28
南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文
1
摘 要
本文阐述了基于 51 单片机的超声波测距仪的设计过程和运行结果。AT89C51 单片机
控制定时器产生方波脉冲,同时计时器 T1 开始计时。发出的超声波在空气中传播,而
后遇到障碍物体的表面时超声波折返,超声波接收模块接收返回的超声波信号并且把超
声波信号转化为电信号。计时器记录超声波往返所用的时间,从而由 51 单片机计算得
到实测距离。再使用四位数码管显示距离。
硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、四位数码管显示电路、
电铃报警电路、12MHz 晶振电路等组成。各引脚接收的信号经单片机综合分析处理,最
终实现超声波测距仪的测距功能。本文将具体介绍设计思路、硬件选型、程序流程等设
计相关的内容。本测距仪成品具有很好的稳定性及操作简易性。在准确度方面,测量准
确度较高,可以精确到厘米级,达到了预期的测量准确度。
关键词:AT89C51 超声波 测距
南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文
2
Abstract
In this paper, based on 51 MCU, ultrasonic range finder design process and
its operation principle: AT89C51 control timer square wave pulse is produced.
At the same time T1 timer start timing. Emit ultrasonic in the air spread, and
then encountered obstacles surface ultrasonic reentrant, ultrasonic receiving
module receiving returned ultrasonic signal and the ultrasonic signals are
converted to electrical signals. The timer recording ultrasonic round-trip time
used, thus obtains the measured distance calculated by the 51 single chip
microcomputer. Then the use of four digital tube display distance.
Hardware circuit consists of an ultrasonic emission circuit, ultrasonic
receiver circuit, the power circuit, four digital tube display circuit, an electric
bell alarm circuit, 12Mhz crystal oscillator circuit. The received signal of each
pin SCM comprehensive analysis, finally realize the ranging function of
ultrasonic rangefinder. This paper introduces the design idea, hardware selection,
program flow design related content. The range finder product has good stability
and easy to operate. In terms of accuracy, high measurement accuracy, can be
accurate to centimeter level, to achieve the desired accuracy.
Keywords:AT89C51 Ultrasonic Wave Measure Distance
南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文
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第 1 章 绪 论
1.1 课题研究的目的与意义
超声波技术的发展飞速,它已从早期的原理理论研究慢慢发展到如今的各种领域。
当代的超声波技术能够广泛应用于无损探伤、测量温度、测量距离、测量液体流量、测
量液体成分、多种岩体检测等方面。超声波在应用到测距方面时拥有这几个与众不同的
优点:首先是所测环境的测量媒介并不限制于空气,液体或固体等也能进行有效测量,
具有广泛的适用性;其次是超声波这种测量载体,它对于测量环境本身存在光线,如阳
光、灯光,以及各物体和环境产生电磁场并不敏感,它能在黑暗无光、扬尘、天气大雾
甚至强电磁干扰的恶劣测量条件中正常工作,能有效降低测距作业的人力、环境成本;
三是超声波测距仪结构简单小巧,所需造价低廉,设备用到的单片机简单可靠,很容易
批量生产。在超声波探伤、自动停车系统和倒车雷达系统中,超声波测距有重要的应用。
总的来看,使用单片机为核心元件已是现在超声波测距仪的主要选择。所以,本课题将
研究基于单片机的显著优势,设计以其为基础的性能优良、功能全面的超声波测距仪。
可以预见在不久的未来,超声波测距设备在更广泛更严苛的工程应用中都将有很大的发
展潜能,它将朝着更加高定位高精度的研究方向发展,并作为一种常用工具满足社会快
速发展需求,因此,为了使我国的超声波设备逐步跟进国际水准,对超声波测距系统高
精度、广范围和实时性的课题进行深入研究是有很大的实际意义。
1.2 国内外研究动态
现在对超声波技术革新的需求越来越大。由于超声波独特的特质,导致许多恶劣的
工作环境、广泛的工程场合都急需高精度高适应性的尖端超声波测距设备。查阅相关文
献可知,我国最新的采用随时间变化的自动增益控制(AGC)电路的超声波测距仪的有效
测量范围可达 2m,测量盲区可减小为 100mm,最大误差不超过 5%。国外高精度测距
仪的精度可以达到正负 1mm。由此可见我国最新的超声波测距设备和国际最顶尖的水
平还是有一定的差距,当然,这种差距也在逐步减少。因为国内外对于超声波技术的交
流和研发也愈发频繁和深入。掌握成熟稳定的超声波测距技术决定了一个国家测控领域
的水平。总的来说,超声波测距的精度突破毫米级,达到更高的精度和方向性也是国内
外对这一领域科研发展的前进方向。考虑到超声波测距的广阔前景,超声波技术的日益
精进,更加广泛的适用领域将会成为必然。
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