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基于AT89C51单片机的超声波测距仪的系统设计.doc
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基于AT89C51单片机的超声波测距仪的系统设计.doc
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摘 要
本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理:由 AT89C51 控制定时器
产生超声波脉冲并计时,计算超声波自发射至接收的往返时间,从而得到实测距
离。并且在数据处理中采用了温度补偿的调整,用四位 LED 数码管切换显示距离
和温度。
整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等
模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理,实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图,给出了系统构成、电路原理及程序设计。
此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。实
现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。
关键词:AT89C51,超声波,温度补偿,测距
Abstract
The design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement
instrument based on SCMC-controlled: AT89C51 controls timers to produce the
ultrasonic wave pulse and time,count the time of ultrasonic wave spontaneous
emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature
compensation adjustment is used in the data processing, with four LED nixie tubes
display distance or temperature by switching.
The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic
receiver circuit, the power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals
are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic
distance measurement instrument. Based on this has designed system's overall concept,
final adoption of hardware and software to achieve the various functional modules. The
relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It has given the
system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system has
features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of
programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the
various parameters measured distance applications.
Keywords:AT89C51, Ultrasonic wave, Temperature compensation, Measure distans
目 录
摘 要 ....................................................................................................................................................I
Abstract...............................................................................................................................................II
目 录 ...................................................................................................................................................1
第 1 章 引言 .......................................................................................................................................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 ..............................................................................................................................2
第 2 章 超声波测距原理 ...................................................................................................................3
2.1 超声波简介 ..........................................................................................................................3
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 主要元件介绍 .......................................................................................................................7
4.1 单片机 AT89C51 .................................................................................................................7
4.2 超声波传感器 T40、R40 ....................................................................................................9
4.3 温度传感器 DS18B20........................................................................................................10
第 5 章 硬件电路设计 .....................................................................................................................11
5.1 超声波发射电路 ................................................................................................................11
5.2 超声波接收电路 ................................................................................................................11
5.3 显示电路 ............................................................................................................................12
5.4 电源电路 ............................................................................................................................13
5.5 复位电路 ............................................................................................................................13
第 6 章 软件设计 .............................................................................................................................14
6.1 主程序流程 ........................................................................................................................14
6.2 子程序设计 ........................................................................................................................15
6.2.1 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 .....................................................15
6.2.2 测温子程序 .............................................................................................................17
6.2.3 距离计算子程序 .....................................................................................................17
6.2.4 显示子程序和键盘扫描子程序 .............................................................................18
第 7 章 软件调试及系统仿真 .........................................................................................................19
7.1 软件编译调试环境——Keil .............................................................................................19
7.2 系统仿真环境——Proteus ................................................................................................19
7.3 系统仿真 ............................................................................................................................19
7.4 误差及特性分析 ................................................................................................................22
结 论 .................................................................................................................................................23
致 谢 .................................................................................................................................................24
参考文献 .............................................................................................................................................25
附录 1 整体电路图 ............................................................................................................................26
附录 2 程序 ........................................................................................................................................27
第 1 章 引言
1.1 课题研究的背景
人们生活水平的提高,城市发展建设加快,城市给排水系统也有较大发展,
其状况不断改善。但是,由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素,城市给
排水系统,特别是排水系统往往落后于城市建设。因此,经常出现开挖已经建设
好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰,因此箱涵的
排污疏通对大城市给排水系统污水处理,人们生活舒适显得非常重要。而设计研
制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统,保证机器人在箱涵中自由排污疏通,
是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测
距仪的研制。
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,一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺
陷,例如,液面测量就是一个距离测量,传统的电极法是采用差位分布电极,通
过给电或脉冲检测液面,电极长期浸泡在水中或其它液体中,极易被腐蚀、电解,
从而失去灵敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题。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
第 1 章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,并提出了提高测距的精度的方案
——温度补偿,且描述了其具体补偿方式。
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,且因其在本设计的作用不同而详
尽程序亦不同。
第 5 章从整体硬件设计出发,对各部分电路进行了详细说明。
第 6 章先给出了软件设计的整体流程图,并且对关键部分软件设计做了进一
步的解释。
第 7 章介绍了软件的调试及系统仿真
程序编译及系统仿真也是本文的一个要点,所以特别分出一章来详细介绍了
程序编译的环境和编译的步骤以及仿真的环境和部分仿真的效果图。
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oligaga
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