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本科毕业论文-—基于单片机的超声波测距仪的设计与制作.doc
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本科毕业设计
基于单片机的超声波测距仪的设计
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福建师范大学 2010 级毕业设计
目 录
第 1 章 绪论........................................................................................................................1
1.1 课题研究的背景......................................................................................................1
1.2 课题研究的意义......................................................................................................1
1.3 论文结构..................................................................................................................1
第 2 章 超声波测距原理....................................................................................................2
2.1 超声波简介..............................................................................................................2
2.2 超声波测距原理......................................................................................................3
第 3 章 方案论证................................................................................................................5
3.1 设计思路..................................................................................................................5
3.2 系统结构设计..........................................................................................................6
第 4 章 硬件电路设计........................................................................................................7
4.1 单片机 AT89C52.....................................................................................................7
4.2 超声波测距模块 HY-SR05………………………………………………………..9
4.3 温度传感器 DS18B20...........................................................................................10
4.4 LCD1602 液晶.......................................................................................................11
4.5 ISD1420 语音芯片 ................................................................................................12
第 6 章 软件设计..............................................................................................................14
6.1 主程序流程............................................................................................................14
6.2 子程序设计............................................................................................................16
6.2.1 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 .................................................16
6.2.2 测温子程序 .........................................................................................................17
6.2.3 距离计算子程序 .................................................................................................18
6.2.4 显示子程序和键盘扫描子程序 .........................................................................18
结 论..................................................................................................................................28
参考文献..............................................................................................................................29
致 谢..................................................................................................................................31
附录 1 整体电路图...........................................................................................................32
附录 2 程序清单...............................................................................................................33
附录 3 外文复印件...........................................................................................................41
附录 4 外文译文...............................................................................................................44
实习报告..............................................................................................................................46
福建师范大学 2010 级毕业设计
1
摘 要
超声波是频率高于 20KHZ 的声波具有指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的
距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超
声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,
并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在液位、井深、管道长度的测量、
移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。基于此,本次设计尝试使用
AT89S52 与 HC-SR04 模块来实现超声波的测量,结合外围电路模块实现距离显示及报
警构成超声波测距系统。
本次超声波测距系统由单片机计时及控制电路、超声波发射接收模块、测量距离
显示电路、报警电路等部分组成。详细介绍了超声波测距模块及 AT89S52 单片机的测
距原理。以 HC-SR04 超声波测距模块为核心实现超声波的发射与接收。显示电路采用
数码管以及三极管显示控制,报警电路由蜂鸣器与三极管组成。整体电路结构简单,
成本低廉,工作稳定,测量精度也达到实际应用要求。
关键词:AT89C52,超声波,HC-SR04,测距
Abstract
Ultrasound is sound waves with frequency higher than 20KHz, it has strong directivity
and consumes energy slowly, at the same time it spreads farther in the same medium.
Therefore ultrasound is often used for distance measurement, such as the range finder and
level measurement and so on can be achieved by it. Use of ultrasonic detection tends to be
quickly, convenient and simple calculation, easy to do real-time control. In the measurement
precision it can reach industry practical requirement. So in liquid level, well depth, pipe
length measurement, mobile robot localization and obstacle avoidance, etc a wide range of
applications.
This ultrasonic ranging system consists of the single-chip microcomputer timer and
control circuit, ultrasound transmitting and receiving modules, the distance display circuit,
alarm circuits and other components. Detailed introduces the ultrasonic ranging module and
AT89S52 MCU range finder principle. HC-SR04 is the core of the ultrasonic transmitter
and receiver. The result displays with digital tube and controlled by transistor. And the
alarm circuit is composed by buzzer and transistor. The whole circuit is simple structure,
low cost, stable work and the measurement accuracy reached the application requirements.
Keywords:AT89C51, Ultrasonic wave, HC-SR04, Measure distance
福建师范大学 2010 级毕业设计
2
第 1 章 绪论
1.1 课题研究的背景
随着科学技术的快速发展,超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术
水平来说,人们可以具体利用的传感技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展
而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来,超声波传感器作为一种新型的非常重
要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间,它将朝着更加高定位高精度的方向发
展,以满足日益发展的社会需求,如声纳的发展趋势基本为:研制具有更高定位精度
的被动测距声纳,以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要;继续发展采用低频线谱检
测的潜艇拖曳线列阵声纳,实现超远程的被动探测和识别;研制更适合于浅海工作的
潜艇声纳,特别是解决浅海水中目标识别问题。毋庸置疑,未来的超声波传感器将与
自动化智能化接轨,与其他的传感器集成和融合,形成多传感器。随着传感器的技术
进步,传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能,最终发展到具有创造力。
1.2 课题研究的意义
在现实生活中,在某些特殊的场合,传统的测量距离的方法往往会存在一些没办
法克服的因素,像是在液面上做距离测量,用传统的方法,电极法首先采用差位的分
布电极,再通过给脉冲或电来进行检测液面,由于电极需要长期浸泡于水中或其它液
体中的原因,所以极易容易被腐蚀或是电解,从而导致降低灵敏性。但是如果使用超
声波来测量距离的话,刚好可以很有效地解决这一问题。目前市面上常见的超声波测
距系统不仅价格昂贵,体积过大而且精度也不高等种种因素,使得在一些中小规模的
应用领域中难以得到广泛的应用。为解决这一系列难题,本文设计了一款基于
AT89C51 单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪。
1.3 论文结构
福建师范大学 2010 级毕业设计
3
论文首先对课题的背景和意义进行阐述,并概述了论文结构。
第 2 章先就超声波测距的原理进行介绍。
第 3 章针对本文采用的设计方案进行了可行性的论证,并得出了系统结构框图。
第 4 章介绍了设计中需要用到的主要器件,从整体硬件设计出发,对各部分电路
进行了详细说明。
第 5 章
第 6 章
第 2 章 超声波测距原理
2.1 超声波简介
我们知道,当物体振动的时候便会产生声音。科学家们系统的把每秒钟振动的次
数称之位声音地频率,单位称为赫兹(HZ)。人类的耳朵可以听到声波的频率仅在 20
到 20000 HZ。如果声波的振动频率超过了 20000 HZ 还是低于 20 HZ 时候,人们便没
办法听不见了。所以,通常超过 20000 HZ 的声波我们将之称作“超声波”。通常用于
医学诊断的超声波的主要频率为 1~5 兆赫。超声波的优点是具有良好的方向性,它穿
透的能力也非常强,可以很容易的获得比较集中的声能,水中的传播距离也比较远等
特点。用途比较广泛主要用于测量距离、测量速度、医学方面,军事方面,工业方面,
和农业方面的作用。
理论研究表明,在振幅相同的条件下,一个物体振动的能量与振动频率成正比,
超声波在介质中传播时,由于在介质的质点振动频率相对于高,因此能量也是相对的
大。如果冬天在北方的时候,如果往水罐中注入超声波的话,罐中的水会由于剧烈震
动碎成大量的小雾滴,再把破碎的雾滴用风扇往室内吹的话,便使室内的空气湿度瞬
间增加。这个原理便是超声波加湿器。对于气管炎疾病或咽喉炎疾病等等,药品很难
血流到打患病的部位。使用加湿器的原理,可以有效的雾化药液,让病人吸入,能够
疗效。人体内的结石可以使用超声波较大能量经过剧烈的受迫振动而破碎。
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