畢業(yè)設(shè)計(jì)---超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告</p><p>　　題目 基于單片機(jī)技術(shù)的超聲波測(cè)距</p><p>　　電子信息院 電子信息工程專業(yè)</p><p>　　學(xué) 號(hào) xxxxx </p><p>　　姓 名 xx </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 xx </p><p>　　起訖日期 xx年xx月xx日 </p><p><b>　　超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　The design of a Silent Wave</p><p>　　Measure Distance</p><p><b

3、>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時(shí)間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。

4、而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分。控制系統(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要了。</p><p>　　本設(shè)計(jì)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)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，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

5、等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。</p><p>　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89c51

6、; 超聲波；測(cè)距</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of science and technology, the improvement of people's standard of living, speeding up the development and constru

7、ction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. However, due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage syste

8、m. In particular drainage system often lags behind urban construction. Therefore, there are often good building excavation has been building faci</p><p>　　At the core of the design using AT89C51 low-cost, hi

9、gh accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. displa

10、y subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.

11、</p><p>　　The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satisfactory and by extensio

12、n and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace and some industries spot supervision.</p><p>　　Key words:AT89S52; Silent Wave；Meas

13、ure Distance </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要······················&#

14、183;····································

15、I </p><p>　　Abstract·······························&

16、#183;··························II </p><p>　　緒論·····&

17、#183;····································

18、;·················1</p><p>　　I.1 課題設(shè)計(jì)的目的及其意義············

19、3;····················1</p><p>　　I.2 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)思路·········

20、83;·······················1</p><p>　　1 課題的方案設(shè)計(jì)與論證·······

21、····································3<

22、;/p><p>　　1.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)·······························

23、;······3</p><p>　　1.2 系統(tǒng)整體方案的論證························

24、·············3</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)·················

25、3;···························4</p><p>　　2.1 單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理··&

26、#183;··························4</p><p>　　2.2 超聲波發(fā)射電路···

27、3;····································&#

28、183;6</p><p>　　2.3 超聲波檢測(cè)接收電路·····························

29、83;·······7</p><p>　　2.4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)······················

30、;·····7</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)··························

31、;·······················9</p><p>　　3.1 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)······

32、3;··························9</p><p>　　3.2 主程序流程圖····&#

33、183;····································

34、··10</p><p>　　3.3 超聲波發(fā)生子程序與超聲波接受中斷程序···················11</p><p>　　3.4 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試·

35、;····································12&

36、lt;/p><p>　　總 結(jié)································&#

37、183;···························13</p><p>　　致 謝····&

38、#183;····································

39、;···················15</p><p>　　參考文獻(xiàn)············

40、3;····································&#

41、183;········16</p><p>　　附 錄 一 超聲波測(cè)距電路原理圖·····················

42、;·············18</p><p>　　附 錄 二 超聲波測(cè)距電路版圖················

43、83;···················19</p><p>　　附 錄 三 程序清單···········

44、···································20</p&g

45、t;<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　Ⅰ.1課題設(shè)計(jì)目的及意義</p><p>　?、?1.1設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目</p><p>　　前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬

46、勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問題；大力降低潛艇自噪聲，改

47、善潛艇聲納的工作環(huán)境。無庸置疑，未來的超聲波測(cè)距儀將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作用。</p><p>　　Ⅰ.1.2設(shè)計(jì)的意義</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)

48、展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時(shí)間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因

49、此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的意義。</p><p>　?、?2超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)思路</p><p>　?、?2.1超聲波測(cè)距原理[1，2]</p><p>　　發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為t，由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速

50、v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?lt;/p><p>　　表1-1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表</p><p>　?、?2.2 超聲波測(cè)距儀原理框圖如下圖</p><p>　　單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收

51、到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。</p><p>　　圖1-1 超聲波測(cè)距儀原理框圖</p><p>　　1 課程的方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　1.1系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在

52、介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化的使用要求。      超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不

53、相同。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本文采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。 </p><p>　　1.2系統(tǒng)整體方案的論證</p><p>　　超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩

54、端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。 測(cè)距儀的分辨率取決于對(duì)超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長(zhǎng)距離的測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。</p>

55、<p>　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由單片機(jī)AT89C51編程產(chǎn)生40kHz的方波，由P3.6口輸出，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理,送至單片機(jī)。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離,并由單片機(jī)控制顯示出來。</p&

56、gt;<p>　　該測(cè)距裝置是由超聲波傳感器、單片機(jī)、發(fā)射/接收電路和LED顯示器組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機(jī)相連接,單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時(shí)序圖如圖1-2所示。</p><p><b>　　圖1-2 時(shí)序圖</b></p><p>　　單片機(jī)在T0時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生

57、一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，由此便可計(jì)算出距離。</p><p>　　2.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理[3~6]</p><p>　　2.1.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)</p><p>　　5l系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)

58、部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個(gè)16b的定時(shí)／計(jì)數(shù)器TO和T1，4個(gè)8 b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E~PROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖2-1所示。</p><p>　　5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 k

59、B存儲(chǔ)器；256 BRAM；32條工／O線；2個(gè)16b定時(shí)／計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。</p><p>　　空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。</p><p>　　掉電方式：保存RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。</p><p>　　5l系列單片機(jī)為許多控制提

60、供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理 </p><p>　　單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差tr，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超聲波波速。</p><p>　　限制該

61、系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)。</p><p>　　2.4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系

62、統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用AT89C51，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖如圖2-4所示。 </p><p>　　圖2-4 超聲波測(cè)距電路原理圖</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示

63、子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。 </p><p>　　3.1 超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì) [10]     超聲波測(cè)距的原理為超聲波

64、發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：  d=s/2=(c×t)/2 （1）  其中，d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s

65、為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下： </p><p>　　TMOD=0x01; //T0

66、計(jì)數(shù)，方式1</p><p>　　TH0=0; //計(jì)數(shù)初值</p><p>　　TL0=0; //計(jì)數(shù)初值</p><p>　　IT0=1; //INT0負(fù)脈沖觸發(fā)</p><p>　　EA=1; //開總中斷</p><p>　　EX0=1; //開外部INT0

67、中斷</p><p><b>　　again=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar x;</b></p><p>　　if

68、(on==0) //啟動(dòng)鍵處理</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay1ms(5); //按鍵消抖</p><p><b>　　if(on==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　

69、　onoff=1; //啟動(dòng)</p><p>　　while(on);//等待按鍵釋放</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(off==0) //停止鍵處理</p><p><b>　　{

70、</b></p><p>　　delay1ms(5); //按鍵消抖</p><p>　　if(off==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　onoff=0; //停止</p><p>　　while(off); //等待按鍵釋放</p>

71、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(onoff)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　OUT=0;//產(chǎn)生方波,輸出低電平<模擬

72、發(fā)射></p><p>　　delays();//延時(shí) 產(chǎn)生幾個(gè)微秒的低電平,讓模擬反射的單片機(jī)能正確接收信號(hào)</p><p>　　OUT=1;//恢復(fù)高電平,停止模擬發(fā)射</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p&g

73、t;<p>　　again=0;//</p><p>　　TR0=1; //T0開始計(jì)數(shù)</p><p>　　for(x=0;x<20;x++)</p><p>　　display(); //數(shù)碼管顯示</p><p>　　if(again==0)</p><p>　　{b

74、wei=shwei=gwei=0;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　bwei=shwei=gwei=10;</p><p><b&g

75、t;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int0(void) interrupt 0 using 1 //INTO中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　{</b>&

76、lt;/p><p>　　float COUNT;</p><p>　　ulong num;</p><p>　　TR0=0 ; //停止計(jì)數(shù)</p><p>　　COUNT=(TH0*256+TL0)/2;</p><p>　　num= (COUNT/10000)*344;//計(jì)算超聲波來回距離</p&

77、gt;<p>　　// num= num/2; //總距離除2等于實(shí)際距離3.2 主程序流程圖 </p><p>　　軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖3-1 所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 </p><p>　　定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。&l

78、t;/p><p>　　主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約0.1 ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12 MHz的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，

79、當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（2）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344 m/s則有：  d=(c×t)/2=172T0/10000cm (2) 其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。    

80、;  測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用C語言編寫。                      &#

81、160;       3.3超聲波發(fā)生子</p><p>　　receive1：push psw </p><p><b>　　push acc </b></p><p>　　clr ex1 ；關(guān)外部中斷1 </p><p>　　jnb p1.1, right

82、 ；P1.1引腳為0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序</p><p>　　jnb p1.2, left ；P1.2引腳為0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 </p><p>　　return：SETB EX1；開外部中斷1 </p><p><b>　　pop? acc </b></p><p><b>　　pop?

83、psw </b></p><p><b>　　reti </b></p><p>　　right： ...? ；右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 </p><p>　　? ajmp? return </p><p>　　left：... ；左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 </p><p>　　?

84、 ajmp? return </p><p>　　3.4 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試[11]</p><p>　　超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干

85、擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。      硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為0.07～5.5m，測(cè)距儀最大誤差不超過1c

86、m。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。</p><p>　　軟件的調(diào)試程序見附錄一</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒有做出實(shí)物。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲

87、波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。</p><p>　　超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。</p><p>　　超聲波測(cè)

88、距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)。</p><p

89、>　　超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻

90、尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分

91、清器件上的標(biāo)志。</p><p>　　超聲波檢測(cè)接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和

92、抗干擾能力。</p><p>　　超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，

93、一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。 前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口，同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的

94、輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢來處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。</p><p>　　超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)

95、間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。</p><p>　　在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。電路中除集成電路外，對(duì)各電子元件也無特別要求。根據(jù)測(cè)量范圍要求不</p>

96、<p>　　同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先，我要感謝我的導(dǎo)師xx老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我得

97、幫助。在我畢業(yè)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感激。同時(shí)還要感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。</p><p>　　接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短3個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。同時(shí)，我還要

98、感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。</p><p>　　最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。 </p><p>　　還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此無法一

99、一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　1.劉鳳然.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng).傳感器世界.2001,5:29-32</p><p>　　2.葛健強(qiáng).基于CPLD的超聲波測(cè)距儀研制. 無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2004,4(3):8-10</p><p>　

100、　3.何希才,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械工業(yè)出版社,2004:138-152</p><p>　　4.胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社,2004:27-46</p><p>　　5.吳斌方,劉民,熊海斌.超聲波測(cè)距傳感器的研制.湖北工學(xué)院學(xué)報(bào).2004,19(6):26-28</p><p>　　6.譚洪濤,張學(xué)平.單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)距儀原理及其簡(jiǎn)單應(yīng)

101、用.現(xiàn)代電子技術(shù).2004,18:94-96</p><p>　　7.Peter Hauptmann, Ralf Lucklum, Bernd Henning. Ultrasonic Sensors for Process Control. Sensors Update.1998,3: 163-207</p><p>　　8.趙占林,劉洪梅.超聲波測(cè)距系統(tǒng)誤差分析及修正.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)

102、.2002,12(6):144-145</p><p>　　9.J. Otto. Sensors for Distance Measurement and Their Applications in Automobiles. Sensors Update.2002,10:231-255</p><p>　　10.蘇煒,龔壁建,潘笑.超聲波測(cè)距誤差分析.傳感器技術(shù).2004,23(6):8-

103、11</p><p>　　11.羅忠輝,黃世慶.提高超聲測(cè)距精度的方法. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2005,1:109</p><p>　　12.秦旭.用LM92溫度傳感器補(bǔ)償?shù)母呔瘸暡y(cè)距儀.電子產(chǎn)品世界.2003,6:58-59</p><p>　　13.Yusuke Moritake, Hiroomi Hikawa.Category Recognition Sys

104、tem Using Two Ultrasonic Sensors and Combinational Logic Circuit. Electronics and Communications in Japan.2005,88(7):33-42</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄一</b></p&g

105、t;<p>　　超聲波測(cè)距電路原理圖</p><p>　　超聲波測(cè)距電路原理圖 </p><p><b>　　附錄二</b></p><p>　　超聲波測(cè)距模擬反射延遲10秒和延遲20秒的LED顯示</p><p>　　超聲波測(cè)距模擬反射延遲10秒</p><p>　　超聲波測(cè)距模

106、擬反射延遲20秒</p><p><b>　　附錄三</b></p><p><b>　　主程序清單</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　

107、#define ulong unsigned long</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit OUT=P3^7; //發(fā)射</p><p>　　sbit IN=P3^2; //接收</p><p>　　sbit on=P1^1; //啟動(dòng)</p><

108、;p>　　sbit off=P1^0; //停止</p><p><b>　　//數(shù)碼管位選</b></p><p>　　sbit led1=P2^1;</p><p>　　sbit led2=P2^2;</p><p>　　sbit led3=P2^3;</p><p><b&g

109、t;　　//共陽數(shù)碼管字庫(kù)</b></p><p>　　uchar code tab[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xFF};</p><p>　　uchar bwei,shwei,gwei;</p><p>　　bit again,//接收標(biāo)志</p><

110、;p>　　onoff;//開關(guān)標(biāo)志</p><p>　　void delays (void) { }// 延時(shí)程序</p><p>　　void delay1ms(uchar i)// 1ms延時(shí)程序12MHz</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint x;

111、</b></p><p>　　for(;i>0;i--)</p><p>　　for(x=124;x>0;x--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(void)//數(shù)碼管顯示子程序</p><p><b>

112、　　{</b></p><p>　　P0=tab[bwei]; //顯示百位</p><p><b>　　led1=0;</b></p><p>　　delay1ms(2);</p><p><b>　　led1=1;</b></p><p>　　P0=t

113、ab[shwei]; //顯示十位</p><p><b>　　led2=0;</b></p><p>　　delay1ms(2);</p><p><b>　　led2=1;</b></p><p>　　P0=tab[gwei]; //顯示個(gè)位</p><p>

114、;<b>　　led3=0;</b></p><p>　　delay1ms(2);</p><p><b>　　led3=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b

115、>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01; //T0計(jì)數(shù)，方式1</p><p>　　TH0=0; //計(jì)數(shù)初值</p><p>　　TL0=0; //計(jì)數(shù)初值</p><p>　　IT0=1; //INT0負(fù)脈沖觸發(fā)</p><p>　　EA=1;

116、 //開總中斷</p><p>　　EX0=1; //開外部INT0中斷</p><p><b>　　again=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p&

117、gt;<b>　　uchar x;</b></p><p>　　if(on==0) //啟動(dòng)鍵處理</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay1ms(5); //按鍵消抖</p><p><b>　　if(on==0)</b></p&g

118、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　onoff=1; //啟動(dòng)</p><p>　　while(on);//等待按鍵釋放</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

119、;　　if(off==0) //停止鍵處理</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay1ms(5); //按鍵消抖</p><p>　　if(off==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　onoff=0; /

120、/停止</p><p>　　while(off); //等待按鍵釋放</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(onoff)</b></p><p><b>　　{<

121、;/b></p><p>　　OUT=0;//產(chǎn)生方波,輸出低電平<模擬發(fā)射></p><p>　　delays();//延時(shí) 產(chǎn)生幾個(gè)微秒的低電平,讓模擬反射的單片機(jī)能正確接收信號(hào)</p><p>　　OUT=1;//恢復(fù)高電平,停止模擬發(fā)射</p><p><b>　　TH0=0;</b>

122、;</p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　again=0;//</p><p>　　TR0=1; //T0開始計(jì)數(shù)</p><p>　　for(x=0;x<20;x++)</p><p>　　display(); //數(shù)碼管顯示<

123、;/p><p>　　if(again==0)</p><p>　　{bwei=shwei=gwei=0;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p>&

124、lt;p>　　bwei=shwei=gwei=10;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int0(void) interrupt 0 using 1

125、 //INTO中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　float COUNT;</p><p>　　ulong num;</p><p>　　TR0=0 ; //停止計(jì)數(shù)</p><p>　　COUNT=(TH0*256+TL0)/2;</p&

126、gt;<p>　　num= (COUNT/10000)*344;//計(jì)算超聲波來回距離</p><p>　　// num= num/2; //總距離除2等于實(shí)際距離</p><p>　　bwei=num/100; //輸出百位</p><p>　　shwei=num%100/10; //輸出十位</p>

127、<p>　　gwei=num%10; //輸出個(gè)位</p><p>　　again=1; //接收正確again=1</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　模擬反射程序</b></p><p>　　clude <reg51.h>

128、;</p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit OUT=P1^1; //發(fā)射</p><p>　　void

129、initTimer(void) //</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TMOD=0x1;</b></p><p><b>　　TH0=0xFF;</b></p><p><b>　　TL0=0xFF;</b><

130、/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　IT0=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b><

131、/p><p>　　initTimer();</p><p><b>　　//TR0=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　while(1)<

132、;/b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0(void) interrupt 1 //定時(shí)器0,,延時(shí)</p><p&

133、gt;<b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　OUT=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　_nop_(); </p><

134、p><b>　　OUT=1;</b></p><p><b>　　IT0=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int0(void) interrupt

135、0 //外部中斷0,,接收</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　IT0=0;</b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p>　　switch (P2) </p><p><b&g

136、t;　　{</b></p><p>　　case 0xFE:{TH0=0xd8;TL0=0xf0;}//A開關(guān)10ms</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0xFD:{TH0=0xB1;TL0=0xE0;}//B開關(guān)20ms</p><p><b>

137、;　　break;</b></p><p>　　case 0xFB:{TH0=0x8A;TL0=0xD0;}//C開關(guān)30ms</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=1;</b&g