摘要：21世紀(jì)是一個(gè)科技的時(shí)代，單片機(jī)的出現(xiàn)又令工業(yè)社會(huì)有了前所未有的發(fā)展。而基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器作為單片機(jī)眾多應(yīng)用中的佼佼者，無(wú)疑為現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了更多的便利。超聲波測(cè)距器可以應(yīng)用于一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可以用于如液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合。
超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小?br>系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。硬件電路主要包括單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路和顯示電路，另外還有復(fù)位電路和LED控制電路等。我采用以AT89C51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號(hào)發(fā)射和接收、供電、溫度測(cè)量、顯示等模塊組成。發(fā)射探頭的信號(hào)經(jīng)放大和檢波后發(fā)射出去，單片機(jī)的計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波被發(fā)射后按原路返回,在經(jīng)過(guò)放大帶通濾波整形等環(huán)節(jié),然后被單片機(jī)接收,計(jì)數(shù)器停止工作并得到時(shí)間。溫度測(cè)量后送到單片機(jī),通過(guò)程序?qū)λ俣冗M(jìn)行校正, 結(jié)合兩者實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的功能。軟件程序主要由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。它控制單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對(duì)超聲波速度的校正，還有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在LED上。另外程序控制單片機(jī)消除各探頭對(duì)發(fā)射和接收超聲波的影響。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。
實(shí)際的環(huán)境對(duì)超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾信道干擾等等，空氣的溫度對(duì)超聲波的速度影響也很大。此外供電電源也會(huì)使測(cè)量差生很大的誤差。再設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮了這些因素，并給出了一些解決方案。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51；超聲波；傳感器；測(cè)距公式；距離測(cè)量






















目 錄

第一章 緒論 1
1.1選題的意義和背景 1
1.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器研究的現(xiàn)狀 2
1.3課題研究的主要內(nèi)容和方法以及研究過(guò)程中的主要問(wèn)題和解決辦法 2
1.4幾種測(cè)距方式的比較和選擇 3
1.1.1紅外線測(cè)距方式： 3
1.1.2激光測(cè)距方式： 3
1.1.3超聲波測(cè)距方式： 3
1.5基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的設(shè)計(jì)思路 4
第二章 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 6
2.2 單片機(jī)的簡(jiǎn)單介紹與性能特點(diǎn) 7
2.2.1 系統(tǒng)單片機(jī)的選擇 7
2.2.2單片機(jī)的系統(tǒng)電路 10
2.3 AT89C51單片機(jī)的引腳介紹 11
2.4 系統(tǒng)模型的建立 12
2.4.1 系統(tǒng)的主要模塊 12
2.4.2 超聲波測(cè)距原理 13
2.4.3 超聲波的使用方法及超聲波換能器的簡(jiǎn)單介紹 14
2.4.4 超聲波測(cè)距對(duì)不同物體的影響 15
2.5基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的系列設(shè)計(jì)原理 15
2.5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)原理 15
2.5.2超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序設(shè)計(jì) 16
2.5.3超聲波發(fā)射電路及超聲波反相器、傳感器設(shè)計(jì) 16
2.5.4 超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì) 19
2.6 單片機(jī)的顯示電路設(shè)計(jì) 23
第三章 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
3.1 需要由基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的軟件程序完成的功能 24
3.2 對(duì)于軟件編程語(yǔ)言的選擇 24
3.3 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序的淺析 25
3.3.1 實(shí)現(xiàn)溫度讀取功能的程序 25
3.3.2 實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速的程序 25
3.3.3 實(shí)現(xiàn)距離計(jì)算的程序 25
3.3.4 主函數(shù)的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容 26
3.4 系統(tǒng)主程序流程 28
3.5 定時(shí)器T1中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì) 29
3.6 延時(shí)子程序的設(shè)計(jì) 30
3.7 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器的整體設(shè)計(jì)思路綜述 31
第四章 系統(tǒng)調(diào)試情況 32
4.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試 32
4.2系統(tǒng)軟件調(diào)試 32
4.3 系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)合調(diào)試 33
4.4 部分設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案 34
4.4.1 提高測(cè)距的范圍 34
4.4.2 發(fā)射探頭和接收探頭之間的影響 34
4.4.3 超聲波的衰減 34
4.4.4 系統(tǒng)干擾因素 35
第五章 研究結(jié)論與展望 37
5.1 研究結(jié)論 37
5.2 研究展望 38
致 謝 39
參考文獻(xiàn) 39
附 錄 40
Based on MCU ultrasonic ranging 45