基于单片机AT89S52的超声波测距仪的设计.docx

《基于单片机AT89S52的超声波测距仪的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机AT89S52的超声波测距仪的设计.docx（26页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、本科毕业论文（设计）论文题目：基于单片机AT89S52的超声波测距仪的设计本论文以AT89S52单片机为核心，设计的超声波测距仪采用了温度补偿系统，提高了测距精度。使用超声波来测距解决了恶虐环境测距难题，因为超声波受环境影响较小。超声波测距仪可以测量发射器和接收器之间的时间间隔，可以用S=M2计算距离，并在1.CD上显示。超声波测距精度的影响因素主要有超声波振幅、反射面的结构、反射面与入射波的角度以及接收器传感器的灵敏度。从换能器到声脉冲的直接接收器的容量决定了最小可测距离。如1.CDI602所示，AT89S52单片微机被用作主控制器，根据设计要求和多因素合成，有发射和接收电路。外部温度测量设

2、计有温度补偿电路，声速校正和提高测量精度。关键词：AT89S52；超声波；测距；温度补偿；1.CDl602论文类型：A工程设计AbstractThisthesisusestheAT89S52micro-controllerasthecoreandtheultrasonicrangefinderdesignedwithatemperaturecompensationsystemtoimprovetherangeaccuracy.Theuseofultrasoundtomeasuredistancesolvestheproblemofmeasuringdistanceinaviciousandab

3、usiveenvironment,asultrasoundislessaffectedbytheenvironment.TheultrasonicrangefindercanmeasurethetimeintervalbetweenthetransmitterandreceiverandthedistancecanbecalculatedusingS=M2anddisplayedonthe1.CD.Themainfactorsinfluencingtheaccuracyofultrasonicdistancemeasurementaretheamplitudeoftheultrasonicwa

4、ves,thestructureofthereflectingsurface,theanglebetweenthereflectingsurfaceandtheincidentwaveandthesensitivityofthereceivertransducer.Thecapacityofthedirectreceiverfromthetransducertotheacousticpulsedeterminestheminimummeasurabledistance.AnAT89S52monolithicmicrocomputerisusedasthemaincontroller,assho

5、wnin1.CD1602,withtransmitandreceivecircuitsdependingonthedesignrequirementsandmulti-factorsynthesis.Theexternaltemperaturemeasurementisdesignedwithtemperaturecompensationcircuitry,soundvelocitycorrectionandimprovedmeasurementaccuracy.Keywords:AT89S52;Ultrasonic;Ranging;TemperatureCompensation;1.CD16

6、02目录摘要IAbstractII目录IH1绪论11.1 单片机在生活中的应用11.2 超声波测距仪的研究意义11.3 研究内容及目标11.4 研究方法及途径22系统概述32.1 超声波测距仪的系统原理32.2 检测方法33系统的硬件设计53.1 单片机超声波测距系统设计框图53.2 单片机AT89S5253.2.1 主要性能53.2.2 引脚说明73.3 液晶显示器1.CD160283.3.1 显示原理83.3.2 技术参数93.3.3 连接方式93.4 超声波发送电路与接收电路103.4.1 压电传感器103.4.2 发送电路原理图113.4.3 超声波接收电路123.5 超声波显木电路1

7、23.6 温度补偿电路123.7 报警电路143.8 系统电路总图154系统程序设计164.1 测距仪的算法设计164.2 总体方案设计164.3 程序流程图及程序174.4 温度补偿系统的效果17总结与展望20参考文献21致谢221绪论1.1单片机在生活中的应用单片微型计算机（MCU）在生活中较多的应用于控制领域，也叫做微控制器。这个芯片级的计算机，在这一个芯片上包含计算机中的输入输出I/O接口电路、中断控制器、中央处理器、定时器、随机存储器、只读存储器、调制解调器、模数/数模转换器等集成。计算机技术从通用型的计算领域迈入到智能化的控制领域正是因为单片机的出现和发展。当今社会计算机技术正在飞

8、速发展，并点滴渗入我们的生活。而在我们现代化生活中嵌入式技术方心未艾，嵌入式技术是当前最具发展前景、最热门的IT应用之一。应用嵌入式技术可以加速社会进入智能化时代，它较常应用于具有较高实时响应要求的电子产品中。嵌入式技术的核心一一单片机，它的广泛应用促使电子系统的智能化达到了高速发展。在当今社会嵌入式系统所在多有，已经融入我们日常生活的方方面面，成为我们生活中的一部分，不断地优化我们的生活，是人类发展史上的一个里程碑。12超声波测距仪的研究意义生活中有很多传统测距方法无法解决的问题。比如，液面测量采用的方法是传统电极法，而他具体利用的是差位分布电极，检测液面的方法是给电或脉冲。而这种方法要求电

9、极长期处于各种液体内，因此电极极其容易被电解、腐蚀损害，进而破坏或丧失灵敏性。再有现在我们生活中常见的车辆安全系统，它需要在车体距离障碍物不足或接近危险距离时作出提醒，他正是运用我们的超声波技术来完成。这一运用的实现可以减少车辆损耗，也可提高交通安全系数。而超声波比光速慢、易于定向发射、强度好控制、方向性良好、不受外界光、电磁场等一系列因素的影响，在不太完美的环境下也基本可以维持正常工作。目前超声波测距仪在我们的生活中广泛使用，但是传统超声波测距仪采用的传统数字和模拟电路，它们的构建系统调试困难、可靠性差、不易于扩展，因此，以单片机AT89S52为基础设计出一种带有数字显示器的超声波测距仪成为

10、必要。1.3研究内容及目标（1）了解超声波测距仪的原理（2）硬件设计的原理与方法（3）系统软件设计（4）绘制流程图、原理图等（5）总结分析，对设计结果进行评价14研究方法及途径（1）查阅资料：熟悉单片机的超声波测距仪系统（2）利用所专业知识完成相关参数计算（3）利用所学专业知识完成系统设计（4）编写设计说明书（5）利用手工或计算机绘图。2系统概述1.1 超声波测距仪的系统原理超声波测距的原理是利用超声波的发射以及接收，得到超声波传播的时间1.再运用公式计算出传播距离s。人的耳朵并不能听到所有的声频,只能听到频率在20HZ20KHZ内的这部分，能被人耳听到的这部分也叫做可听声波，除此之外的声波称

11、为不可听波。声频大于20KHZ的声波我们称之为超声波，它的传播路径是直线，不能转弯。声波的频率越高，则代表它的反射能力也就越强，这就是超声波器的制造原理。超声波的传播主要影响因素就是密度，传感介质的密度越高其传播速度就越快；日常使用测距仪时的介质是空气，它的密度与温度休戚相关。实现超声波测距的方法有很多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。本设计的控制电路和技术实现方面采用AT89S52单片机，实现方式是超声波测距、1.CDl602液晶显示器显示结果。2. 2检测方法本测距系统采用的测距方法是超声波渡越时间检测法，即：先检测出渡越时间（超声波从离开超声波发射器的那一刻起开始计时，

12、经介质传输，至超声波接收器接收到信号结束所用的时间（t）,再从下图所示表格中选到合适的声速V,将二者相乘可得到超声波此次运动的传输距离S。具体工作流程为：（1）由超声波发射器向某一方向发射出超声波，在发射此超声波的同一时刻使用系统中单片机的计时器进行计时工作；（2）该超声波在空气中前进，直至遇到障碍物为止；（3）该超声波开始沿原路返回，当超声波接收器接收到该超声波时，单片机计时器停止计时工作；（4）此时单片机将得到的时间t放入公式里进行计算得到一个距离S（此处的时间是超声波进行一个往返所用到的时间，所以我们才用的公式是S=Vt2,（5）在我们的1.CD1602液晶显示器上显示计算所得结果。我们

13、在进行多次实验后发现在不同温度下我们的实验结果会有些许偏差，因此我们总结了超声波在不同温度下的空气中的具体的传输速度（如表2.2）。根据单片机中计时器记录的超声波进行一个往返的传输时间t（见图2.1）,及超声波在空气中的传播速度V就可以计算出发射点距障碍物的距离S（S=Vt2）O正是因为不同温度下的超声波传播速度不同，这会使我们的实验数据产生偏差，进而影响到我们的实验精度。为了解决这个问题，在本系统设置了温度补偿环节。设超声波速度为V,往返时间为t,温度为T,则有V=(331.5+0.617),由此可得到测距距离S为S=(331.5+0.61T)t2(2.2)表2.2空气中的声速与温度的关系温

14、度(C)-30-20-100102030100声速(ms)313319325323338344349386发射38.46kHz脉冲一flUlll唧|信号经过接收电路后接收到的信号t=T,-T0*i0T,图2.1超声波测距时序图三P3系统的硬件设计3.1单片机超声波测距系统设计框图该系统由AT89S52单片机控制模块、DS18B20温度补偿电路、超声波发射电路、供电电源、超声波接收电路、报警电路和显示电路。超声波测距仪的硬件设计的系统框图如图3.1所示。图3.1系统设计框图3. 2单片机AT89S52单片机系统由CPUAT89S52和具有一定功能的外围电路组成，具体有复位电路(为单片机提供复位电

15、压)、晶振(提供系统频频率)。本系统采用的是Atmel公司的AT89S52单片机。AT89S52是一款低功耗、高性能的8位CMC)S微控制器，具有8KB系统上的可编程闪存和256字节的内部RAM咒该芯片具有ISP功能，对开发和协调非常有用，广泛应用于许多嵌入式控制应用系统。使用高密度非挥发性内存技术创建，完全兼容89S52工业产品说明和引脚(芯片内部图为下图3.2.1,管脚图见下图3.2.2)。3. 2.1主要性能(1)与S52单片机产品兼容；(2) 8K字节在系统可编程闪存存储器；(3) 100O次擦写周期;(4)全静态操作：0Hz-33MHz;(5)三级加密程序存储器；(6)32个可编程I/O口线；(7)三个16位定时器/计数器；(8)8个中断源；(9)全双工通用非同步收发传输器(UART)串行通道;(10)低功耗空闲和掉电模式；(11)掉电后中断可唤醒；(12)看门狗定时器；(13)双数据指针；(14)掉电标识符。图3.2单片机AT89S52芯片图V(4)V7r(T2)P1.OC14039(T2EX)P1.12