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超声波测距系统的设计__毕设论文
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2011-12-03
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论文的内容是基于AT89C51单片机超声波测距系统的设计,主要是利用超声波的特点和优势,将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体。该系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。 论文概述了超声波测距的发展及基本原理,对于系统的一些主要参数进行了讨论,并且在介绍超声波测距系统功能的基础上,提出了系统的总体构成。通过多种发射接收电路设计方案比较,得出了最佳设计方案,并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍,并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构,通过编程来实现系统功能。 该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块设计、超声波接收模块、报警模块和显示模块等五个模块构成。这套系统抗干扰能力强、实时性良好,经过系统扩展和升级,可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。
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中文摘要
摘 要
论文的内容是基于AT89C51单片机超声波测距系统的设计,主要是利用
超声波的特点和优势,将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体。该
系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。
论文概述了超声波测距的发展及基本原理,对于系统的一些主要参数进
行了讨论,并且在介绍超声波测距系统功能的基础上,提出了系统的总体构
成。通过多种发射接收电路设计方案比较,得出了最佳设计方案,并对系统
各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍,并
阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构,通过编程来实现系统
功能。
该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块设计、超声波接收模
块、报警模块和显示模块等五个模块构成。这套系统抗干扰能力强、实时性
良好,经过系统扩展和升级,可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生
活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。
关键字: 单片机、超声波、传感器、LED、测距
I
Abstract
Abstract
The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit
r e v e r s e c o l l i s i o n a v o i d a n c e s y s t e m d e s i g n , m a i n l y u s i n g u l t r a s o u n d f e a t u r e s a n d
a d v a n t a g e s , u l t r a s o u n d r a n g i n g s y s t e m a n d t h e i n t e g r a t i o n w i t h t h e i n t e g r a t i o n
A T 8 9 C 5 1 m o n o l i t h i c i n t e g r a t e d c i r c u i t . T h e s y s t e m u s e d s o f t w a r e a n d h a r d w a r e
integrated approach of a modular and multi-use characteristics.
The paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests
o n t h e p r i n c i p l e s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f u l t r a s o u n d s e n s o r s . S o m e o f t h e m a i n
parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system
f u n c t i o n s b a s i s , t h e o v e r a l l c o m p o s i t i o n o f t h e s y s t e m . T h r o u g h m u l t i p l e l a u n c h
reception circuit design comparison, the best designed programme drawn, and various
s y s t e m d e s i g n m o d u l e s p r i n c i p l e s i n t r o d u c e d . O n t h e c o m p o s i t i o n o f t h e s y s t e m
circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced
system software architecture, through programming to achieve system function.
T h i s s y s t e m m a i n l y b y m a s t e r c o n t r o l m o d u l e d e s i g n , u l t r a s o n i c l a u n c h i n g
module design, ultrasonic receiving module, alarm module and display module five
m o d u l e . T h e s y s t e m h a r d w a r e a n d s o f t w a r e d e s i g n i s r e a s o n a b l e , a n t i - j a m m i n g
a b i l i t y , g o o d r e a l - t i m e p e r f o r m a n c e , a f t e r s y s t e m e x t e n s i o n a n d u p g r a d e , c a n b e
widely used in industrial production, medical examination, the daily life, the robots,
automatic operation of the automatic lead car, robots, level gauge, etc.
Keywords: SCM、 Ultrasonic、Sensor、LED、Ranging
II
目录
目 录
摘 要................................................................................................................................................I
Abstract..........................................................................................................................................II
目 录.............................................................................................................................................III
第一章 引 言..................................................................................................................................1
1.1 选题背景..........................................................................................................................1
1.2 设计意义..........................................................................................................................1
1.3 近年来国内外发展状况...................................................................................................2
1.3.1 超声波测距系统在国外的发展............................................................................2
1.3.2 超声波测距系统在我国的发展............................................................................2
第二章 系统构成及工作原理.......................................................................................................4
2.1 超声波简介与应用..........................................................................................................4
2.2 系统的设计思路..............................................................................................................5
2.3 系统的工作原理..............................................................................................................6
第三章 系统硬件电路设计...........................................................................................................8
3.1 单片机的选择..................................................................................................................8
3.2 超声波测距发射电路方案选择与设计.........................................................................11
3.2.1发射电路方案选择与论证...................................................................................11
3.2.2发射电路方案的设计...........................................................................................11
3.2.3反相器74LS04简介..............................................................................................12
3.3超声波测距接收电路方案的选择与设计......................................................................13
3.3.1接收电路方案的选择与论证...............................................................................13
3.3.2接收电路的设计...................................................................................................13
3.4 显示模块方案的选择与设计.........................................................................................16
3.4.1 显示模块方案选择与论证..................................................................................16
3.4.2 显示模块的设计..................................................................................................16
3.4.3 LED数码管简介..................................................................................................17
3.5报警模块的设计.............................................................................................................18
3.6时钟电路的设计.............................................................................................................20
3.7复位电路的设计.............................................................................................................21
第四章 软件系统的设计.............................................................................................................22
4.1软件设计分析.................................................................................................................22
4.2系统软件设计.................................................................................................................22
4.2.1 主程序.................................................................................................................22
4.2.2 超声波产生子程序..............................................................................................24
4.2.3 数据读取和储存..................................................................................................25
4.2.4 延时子程序.........................................................................................................25
4.2.5 显示子程序.........................................................................................................26
III
目录
第五章 结论.................................................................................................................................30
参考文献......................................................................................................................................31
致谢..............................................................................................................................................32
附录一 电路图.............................................................................................................................33
附录二 程序.................................................................................................................................34
IV
第一章 引言
第一章 引 言
1.1 选题背景
随着科技发展的不断进步,自动测量技术不断更新,非接触式测量技术也有
了长足的发展。在很多工控场合,测量的物体是不能够直接接触到的,或者是测
量物体不宜直接接触, 这个时候就要用到非接触式的测量仪器。自物理学上发现
了压电效应与反压电效应之后,人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法,
从此超声波技术得到广泛运用。而在超声波测量领域,尤其是在测距领域,结合
各种其他技术的应用,超声波测量变得十分普及。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,传播速度仅为光波的百万分之一,
纵向分辨率较高。超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感,因此超声
测距对于被测物处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有
一定的适应能力,在液位测量、机器人避障和定位、倒车雷达、物体识别等方面
有着广泛的运用。与其他测距方法相比,超声波测距方法有其自己的特点:
(1) 相对于声波,超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中的衰减较
小、反射能力较强等优势。
(2) 相对于光学方法,超声波的波速小,可以直接测量较近目标的距离,纵
向分辨率较高;对色彩、光照度、电磁场不敏感,被测物体处于黑暗,有灰尘,
烟雾,电磁干扰,有毒等恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘测方面
具有独特的优点。
(3) 超声波传感器结构简单,体积小,费用低,信息处理简单可靠,易于小
型化与集成化。
随着科学技术的快速发展,超声波的应用将越来越广。但就目前技术水平来
说,人们可以具体利用的超声波技术还十分有限,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。
1.2 设计意义
距离在很多场合和控制中需要实时检测,所以,测距就成为数据采集中重要
的一环。尽管测距有多种方式,比如:激光测距、微波测距、红外线测距和超声
波测距等。但是超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距电路多
种多样,可是有的电路复杂、技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买,
这就在一些方面限制了超声波测距系统的应用。本设计的电路,成本低廉、性能
可靠、所用元件易购,结合单片机的数据处理,电路实现容易,工作稳定可靠。
由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声
1
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- 冰花花2014-03-20模块分的很详细的
shidengchang
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