基于单片机的超声波测距器设计

1、本科生毕业论文（设计）I基于单片机的超声波测距器设计摘 要近年来,随着单片机在我国的推广,以其的简单实用、功能强、体积小而日益广泛的被广大设计师采用,尤其在工业控制领域中应用更为突出。本系统系统采用AT89S52 单片机作为主控制器，发出（产生）40KHz 的脉冲波经放大电路后送到超声波发射探头 T-40 使其振荡发射出超声波，超声波在传送过程中碰到障碍物的时候反射回来，接收探头收到声波后经集成芯片 CX20106A 放大滤波整形后回送单片机计算，通过发射与接收的时间差以及当前温度对应的声速计算出距离。本系统的是使用一发一收的硬件设计，DS18B20 温度传感实现当前温度补偿使测量误差降低，软

2、件精妙的算法设计使测量值精确到毫米级且当物体移动时迅速显示即时距离，加上由 LED 显示出当前的距离提示，并由优质的 ISD1730 语音芯片做语音读值报警模块，为用户提供了很直观的界面与听觉感受，从而完美实现了由 AT89S52 为单片机主控芯片的超声波测距。关键词：AT 单片机；超声波；测距；LED；语音报警本科生毕业论文（设计）IIUltrasonic Distance Measurement Based on MCU DesignAbstractIn recent years, with the promotion of mcu in China, with its simple an

3、d practical, powerful, small size and increasing the use of the vast number of designers, particularly in the field of industrial control applications is even more prominent. System uses the system as a mcu host controller AT89S52 issue (have) 40KHz pulse wave by the ultrasonic amplifier to launch t

4、he probe after the T-40 so that it emits ultrasonic oscillation, ultrasonic transmission obstacles they encounter in the course of reflected when the receiving acoustic probe received by the chip shaping filter CX20106A enlargeCalculated after the mcu loop-back, through the launching and receiving t

5、he time difference and the current temperature of the speed of sound corresponds to the distance calculated.The use of the system is out of a collection of hardware design, DS18B20 the temperature sensor to enable the realization of the current temperature compensation to reduce measurement error, t

6、he software algorithm design sophisticated measurements to mm-level precision and when the object moves rapidly from the show immediately, together with the shown by the LED current from the tips of the high-quality voice so ISD1730 voice chip module alarm time value, in order to provide a very intu

7、itive user interface with the auditory experience, Perfect for the realization of MCU main control chip AT89S52 Ultrasonic Ranging.Keywords： AT MCU；ultrasonic；ranging；LED；voice alarm目录摘 要.IABSTRACT.II前 言.1第 1 章 系统设计要求.21.1 系统总体设计要求 .21.2 系统功能概述 .21.3 系统设计思路 .2第 2 章 系统的设计方案论证.42.1 硬件总体设计方案 .42.2 主控芯片

8、的选择 .42.3 超声波的发射与接收电路比较论证 .42.3.1 发射部分方案.52.3.2 接收部分方案.52.4 温度补偿的方案与论证 .62.5 显示模块选择比较 .62.6 语音芯片选择 .72.6.1 语音芯片的特点 .72.6.2 语音芯片的电特性 .72.6.3 独立按键工作模式 .8第 3 章 系统硬件电路设计.93.1 主控电路框图与原理图 .93.1.1 系统设计框图.93.1.2 主电路原理图.93.2 DS18B20 温度补偿电路.103.3 ISD1730 语音报警.113.4 发送超声波模块电路图 .113.5 接收超声波模块电路图 .12第 4 章 系统软件设计

9、.144.1 总体设计框图 .144.2 子程序设计框图 .15第 5 章 系统的测试和误差分析.165.1 系统硬件调试 .165.2 系统软件调试 .165.3 系统整体测试 .165.4 系统测试仪器 .175.5 系统测量与误差分析 .175.5.1 数据测量与分析.175.5.2 误差分析.18结 论.19参考文献.20附 录.21致 谢.32本科生毕业论文（设计）1基于单片机的超声波测距器设计前 言1.超声波测距器设计意义超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波） 。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度

10、不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十 KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。学习使用单片机的控制功能和用超声波传感器实现测量距离，并且掌握使用Protel99 进行电路设计和制图的方法步骤，能将设计出的电路原理图下载到 PCB 板进行仿真。理解超声波传感器的超声波发生机制及发射、接收，放大装置和以单片机AT89S52 为中心控制单元，实现超声波发

11、射及其遇到障碍物发生反射形成回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，以完成设计目标，熟悉 51 单片机软件编程及调试环境 KeilC51 软件。通过对本课题的研究学习，是我有了以下体会。(1)理解超声波技术的一些基本规律和必要的基本概念。(2)了解超声技术与其他学科的关系与应用，扩大知识面。(3)培养抽象思维能力，分析问题和解决问题的能力。(4)掌握做人处事的方法技巧，成为真正的应用性、综合性人才。2.课题设计研究范围及成果本课题研究的超声波传感器测距技术是一种非接触式的测量物体间距离的方法，它是基于无目视能力的生物( 如蝙蝠等)

12、防御及捕捉猎物生存的原理, 利用超声波在空气等媒质中传播, 通过遇到障碍物反射回来的时间间隔长短及被反射超声波的强弱判断障碍物性质和位置的方法，它在现在机器人中有着举足轻重的作用。本课题完成设计了一种以 AT89S52 单片机为核心的低成本、高精度、小型化数字显示超声波传感本科生毕业论文（设计）2器测距模块，其硬件电路和软件程序设计思路清晰，方案简单可行。第 1 章 系统设计要求1.1 系统总体设计要求设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.30m-3.00m，测量精度 1cm，测量时与被测

13、物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。1.2 系统功能概述该系统拥有如下功能：(1)仪器采用 5V 供电。(2)测量距离范围是:0.30m3.00m，2m 内精确到 0.5cm，大于 2m 时精确到 1cm。 (3)系统采用 led 显示，具有语音提示报警功能。(4)系统具有温度校正系统。(5) 采用 5V 电源供电。无报音时工作电流在 80mA 左右，有报音时工作电流约为210mA。1.3 系统设计思路超声波是指频率高于 20KHz 的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器主要材

14、料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为 23-25KHZ 及 40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有 T/R-40-60，T/R-40-12 等。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI 型） ，它的特点是具有防水作用（但不能放入水中） ，可以作

15、料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型：透射型用于本科生毕业论文（设计）3遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等1。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（timeofflight） 。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45 米/秒，由单片机负责计时，单片机使用 12.0M 晶振，所以此系统的测量精度理

16、论上可以达到毫米级。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求2。超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。本科生毕业论文（设计）4第 2 章 系统的设计方案论证2.1 硬件总体设计方案超声波测距器的硬件总体设计方案请参照图 2-1.图 2-1 硬件总体设计方案2.2 主控芯片的选择方案一：开始考虑到低功耗的问题，想使用在研讨会发的 MSP430 系列的低功耗单片机，因为

17、刚接触这系列的单片机不久，对其掌握不深所以放弃了该方案。方案二：使用 STC 系列的单片机，驱动能力强，运行相对稳定很多，抗磁场干扰能力强，与 AT 系列的相比，性价比更高。方案三：使用最普遍的 AT89s52，最大的优点就是相对比较便宜，而且很容易购买到，相关的资料非常丰富，使用的过程中有疑问很容易得到在网上或者资料书上得到解决，但是定时器、中断、ROM 等较少，抗干扰能力较差。 综合各个方面的考虑最终选用方案三，使用 AT89S52 单片机作为主控芯片。2.3 超声波的发射与接收电路比较论证超声波的产生与识别接收是非常重要的，所以发射和接收电路一样重要，任意一部分电路有缺陷就直接影响整个仪

18、器的性能。所以对于这部份电路我们提出了很多的设计方案。2.3.1 发射部分方案方案一：因为查资料得之 T/R-40 的探头驱动在超声波为 40kHz，所以想用 NE555本科生毕业论文（设计）5产生 40kHz 方波，用单片机通过 NE5532 的 4 脚控制方波信号是否发送。但是该方案的缺点是很难将频率调得十分稳定，这样对于高精确的测量距离系统有着致命的影响。所以经讨论放弃该方案3。方案二：由于频率的稳定性是十分的重要，所以出于频率稳定性的方向考虑，选用 40kHz 晶振提供等脉宽的方波。然后用单片机控制与非门，使与非门输出等脉宽来作为驱动。但经过深入研究讨论后，发现在时间上有不匹配的现象。

19、因为单片机的机器周期为 1us，而 40kHz 的晶振产生一个高脉冲需要 25us，单片机给的控制电平时间过短不能和晶振相与发出信号，若时间过长则影响距离的测量精度，而且发送的第一电平的高低随机，所以在发送超声波信号时不容易控制发出的方波数，最终认为这个方案不可用。方案三：用单片机直接发送 40kHz 的信号，这样能够精确的计算出时间，得出精确的测量数据。所以我们最终选择方案三。2.3.2 接收部分方案方案一：使用 LM324 运放对接收探头收到的微弱信号进行比较放大，滤波，然后整形，这方案可以调节到接收很细微的超声拨信号，但是调节比较器时有一定的难度。方案二：使用红外线接受处理芯片 cx20

20、106a,因为它处理的是 38kHz 的红外信号，而 40kHz 的超声波信号和它比较接近，这个芯片的外围电路很简单而且通过外围电阻调节它的中心处理频率4。如图 2-2。R3200K12345678VCCINGNDU3CX20106AR422kR54.7C11uFC23.3uFC3330pFLS2RGNDVCCR6470VCCD1LE DC4473123J1CON3VCCGND图 2-2 超声波接收经过几种发射与接收的电路的搭配组合后发现用单片机发 40kHz 信号与使用本科生毕业论文（设计）6cx20106a 的电路搭配更加简单合理，使得时间的计算更为精确。2.4 温度补偿的方案与论证温度是

21、补偿目的在于计算当时当地的声速，提高测量精度。方案一：用热敏电阻和 A/D 模数转换芯片，这种方法的精度也不错，但是接线麻烦，浪费单片机的 I/O 口。优点成本教低。方案二：使用温度芯片 DS18B20。这颗芯片是单总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20 支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55 125,在-1085范围内,精度为0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20 支持3V5.5V 的电压范围,使系统设计更灵活、方便。价格更便宜,体积更小。DS18

22、B20 可以程序设定 912 位的分辨率,精度为0.5。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中,掉电后依然保存。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM,精度降低为2,适用于对性能要求不高,成本控制严格的应用,是经济型产品5。衡量其准确度和价格的优势最终确定DS18B20 为此项目的温度传感器。2.5 显示模块选择比较方案一：使用液晶显示屏显示时间和路程。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。可以显示汉字等各种符号

23、。但一般需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大。方案二：使用数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、对外界环境要求低，易于维护。同时精度比较高，称量快，精确可靠，编程容易，操作简单等优点。缺点是不能实现汉字显示，多数据多行显示6。请参照图 2-3 所示。本科生毕业论文（设计）7图 2-3 显示电路由于受到资金的影响，选择方案二，虽然显示上没有 LCD 那么完全，但是也能够完整的显示出我们需要的结果。2.6 语音芯片选择ISD1730是ISD公司最新推出的单片高音质语音录放电路，该芯片提供多项创新功能，包括多信息管理系统，新信息提示（vAlert），双运作模式（独立、嵌入式

24、），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。2.6.1 语音芯片的特点以下为该语音芯片的特点：（1）可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。（2）两种控制方式。（3）两种录音输入方式。（4）两种放音输出方式。（5）可处理多达255段信息。（6）有丰富多样的工作状态提示。（7）多种采样频率对应多种录放时间。2.6.2 语音芯片的电特性（1）工作电压：2.4V-5.5V。（2）静态电流：0.5-1A。本科生毕业论文（设计）8（3）工作电流：20mA。用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录

25、放时间和录放音质。2.6.3 独立按键工作模式ISD1730的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成7。本科生毕业论文（设计）9第 3 章 系统硬件电路设计3.1 主控电路框图与原理图该系统主要包括主控芯片、超声波发射接收模块及显示等。3.1.1 系统设计框图根据设计要求并综合各方面因素，本系统采用 AT89S52 单片机作为主控制器，使用 LED 作为系统显示屏，超声波发射驱动需要的 40KHz 脉冲由单片机 p1.0 发出，使用定时器进行控制，超声波接收使用 cx20106a 作为接收主

26、控芯片，使用 ds18b20 作为温度校正系统核心。超声波测距器的系统框图如图 3-1 所示：图 3-1 系统框图整个系统采用模块化进行设计，是每个模块都是一个独立的单元，方便后续调试工作的方便。3.1.2 主电路原理图该系统电路设计的比较简单，单片机采用 AT89S52 或其兼容系列。采用 12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用 P1.0 端口输出超声波转化器所需的 40KHz 方波信号，利用外中断 0 口检测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的 4 位共阳 LED 数码管，位码用 PNP 三极管驱动。如图3-2 所示。本科生毕业论文（设计）1

27、0图 3-2 主控电路3.2 DS18B20 温度补偿电路单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 t，然后求出距离,如式 3-1 所示。SCt2 (3-1)式中 C超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在 4 个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速 C 与温度有关，如式 3-2 所示。C=331.4+0.6

28、07*T (3-2)式中 T当地温度8。经过测量得出波速与温度的关系，如表 3-1 所示。本科生毕业论文（设计）11表 3-1 超声波温度速度表温度()-30-20-100102030声速 c(m/s)313319325333338344349在测距时由于温度变化，可通过温度传感器自动探测环境温度、确定计算距离时的波速 C，较精确地得出该环境下超声波经过的路程，提高了测量精确度。波速确定后，只要测得超声波往返的时间 r，即可求得距离 s。3.3 ISD1730 语音报警ISD1730 语音芯片的使用是先通过 MIC 分段录音，然后用单片机通过 SPI 协议读它的相应的地址就可以实现语音播报距离

29、，以及提示“危险距离，该芯片使用时需要注意的是共点电源和共点地的接法，这样可祛除干扰，使音质更加好。下图 3-3 为语音芯片 ISD1730 的硬件连接图。图 3-3 语音报警电路3.4 发送超声波模块电路图压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部结构如图 3-4 所示7，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就本科生毕业论文（设计）12是一超声波发生器。如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转

30、换器与接受转换器其结构稍有不同9。图 3-4 超声波转换结构图该系统的超声波发送模块是由超声波发射探头组成的，使用用 74hc04 做为驱动，如图 3-5 所示。图 3-5 超声波发射电路3.5 接收超声波模块电路图该系统的超声波接收模块是由超声波接收探头和红外线接受处理芯片 cx20106a 组成。如图 3-6 所示。本科生毕业论文（设计）13图 3-6 超声波接收电路系统采用集成电路 cx20106a，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率 38KHz 与测距超声波频率 40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高

31、的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变 C4 的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。本科生毕业论文（设计）14第 4 章 系统软件设计4.1 总体设计框图主程序首先对系统环境初始化，设置定时器 T0 工作模式为 16 位的定时计数器模式，置位总中断允许位 EA 并给显示端 P0 和 P2 清 0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟 0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，打开外中断 0 接收返回的超声波信号。由于采用 12MHz 的晶振，机器周期为 1us,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器 T

32、0 中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测被测物体与测距仪之间的距离,设计时取 20时的声速为 344m/s,如式 4-1 所示10。(C*T0)/2 =172T0/10000cm (4-1)式中 T0计数器 T0 的计数值。测出距离后结果将以十进制 BCD 码方式传送到 LED 显示,然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如图 4-1 所示。图 4-1 总体设计框图本科生毕业论文（设计）154.2 子程序设计框图图 4-2 子程序设计框图超声波发生子程序的作用是通过 P1.0 端口发送 2 个左右的超声波信号频率约40KHz 的方波，脉冲宽度为 12us 左右，同时把计数器 T

33、0 打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断 0 检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0 引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器 T0 停止计时，并将测距成功标志字赋值 1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器 T0 溢出中断将外中断 0 关闭，并将测距成功标志字赋值 2 以表示此次测距不成功。本科生毕业论文（设计）16第 5 章 系统的测试和误差分析5.1 系统硬件调试电路板焊接完毕后，使用万有表测量电路是否有短路、短路，元器件时候有+、-级焊接反向。若检查无误后，将单片机安装上，接通电源，此时应注意以下几点：(1)指示灯是否点亮。

34、(2)单片机是否有电。(3)晶振是否工作。(4)超声波传感器是否工作。测量方法：(1)使用万有表查看电源是否有电，查看整流电路是否将二极管焊接反向。(2)使用万有表测量单片机的电源和地的引脚，看是否有电压。(3)使用示波器看晶振是否有波形。(4)使用示波器看是否有波形。在调试的过程中由于存在虚焊现象，导致电路板不能正常的工作。重新将元器件焊接后，电路板完全正常。由于没有对全部管脚进行逐一测试，导致没有及时的查出问题所在。5.2 系统软件调试软件调试过程采用模块化方案：(1)测试 LED 显示是否正常，测试每位 LED 的各个段是否正常。(2)测试蜂鸣器是否正常。(3)测试超声波发射和接收正常。

35、5.3 系统整体测试超声波测距仪的制作和调试，其中超声波发射和接收采用 15 的超声波换能器TCT40-10F1（T 发射）和 TCT40-10S1（R 接收） ，中心频率为 40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距 48cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容 C4 的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。 硬件软件全部调试好后，便可将程序本科生毕业论文（设计）17编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距

36、离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为 0.3m3.0m，测距仪最大误差不超过 1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。5.4 系统测试仪器(1)7.5 米的卷尺。(2)UNI-TUT51 数字万用表。(3)TDS1012B 数字示波器 100MHZ。(4)MATRIXMPS-3005L-3 数字稳压电源。(5)计算机仿真。5.5 系统测量与误差分析经过所有的调试步骤完成后，对该系统进行实际的数据测量过程。由于测量过程中存在着许多外界因素的干扰，再次进行数据和误差的分析。5.5.1 数据测量与分析由于实际测量工

37、作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm、200cm 七个距离进行测量，得出测量数据,如下列表所示。表 5-1 整机测试数据表实际距离（cm）3050708090100200测量距离（cm）32.5527181.592101202表 5-2 整机测试数据表实际距离（cm）305070 8090100200测量距离（cm）32.55171 81.592102201本科生毕业论文（设计）18表 5-3 整机测试数据表实际距离（cm）3050708090100200测量距离（cm）3250.57180.593101200表 5-4 整机测试

38、数据表实际距离（cm）3050708090100200测量距离（cm）32.550.5718190101.5201表 5-5 整机测试数据表实际距离（cm）3050708090100200测量距离（cm）335171.58091.5101.5201从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。针对测量过程，对每一组数据进行 5 次测量，对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。从表 5-1 中的数据来看，虽然对超声波进行了温度补偿，但在比较近的距离的测量中其

39、相对误差也比较大。特别是对 30cm 和 50cm 的距离测量上，相对误差分别达到了 8%和 4%。但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计盲区在 30cm 左右，基本满足设计要求。5.5.2 误差分析测距误差主要来源于以下几个方面：(1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度，这个角度直接影响到测量距离的精确值。(2)超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发。(3)由于工具简陋，实际测量距离也有误差。影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等。本科生毕业论文（设计）19结 论通过本次课程设计，对大学

40、期间学习的一部分知识进行了重新的学习和认识，特别是针对单片机、电路板设计及模拟电子和数字电子。本次毕业设计从开始选择题目到查阅资料绘制电路板，最后到电路板的调试，整个过程历经几个月。在这几个月的努力下，最终将超声波测距器完成了设计和使用。在前期查阅资料的过程中，由于从来没有接触过超声波传感器，不知道从何着手。经过查阅图书以及利用网络和其他人进行交流，最终使我们对超声波传感器有了新的认识，从而也找到了入口点。在次要感谢那些帮助过我的网友们，谢谢你们。在超声波测距器电路板设计的过程中，我们同样也遇到了很多的问题。由于对超声波换能器的了解不足，导致超声波发射和接收电路模块的绘制拖了很长时间。最后在对

41、电路板和程序及整体的调试过程中，由于吸取了在设计过程中遇到的经验，我们全部采用模块化调试，及整个电路分成几个子模块，对每个子模块进行测试，如果每块成功通过调试，最后在进行整体调试，这样将调试过程中的查找问题原因的时间缩短了，从而提高了工作效率。由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，很好的达到了题目的基本要求和发挥部分要求！在这次毕业设计中我们从选题到最终的完成设计配合得非常的好，虽然在设计制作的过程中出现了多次问题，但是最终都得到很好的解决！由于设计经费的限制，设计方案中的部分模块，在实际作品中没有体现。本科生毕业论文（设计）20参考文献1 曾光奇、工程测试技术基础M、华

42、中科技大学出版社、2002；99-1032 何希才、常用传感器应用电路的设计M、科学出版社、2007；96-1133 玉孟尝、数字电子技术基础简明教程M、高等教育出版社、2006；397-4094 袁锡全、近代超声原理及应用M、南京大学出版社、1996；266-2735 张迎新、单片微型计算机原理、应用及接口技术M、国防工业出版社、2007；307-3116 李广弟、单片机基础M、北京航空航天大学出版社、2001；208-2137 姜道连、用 AT89C2051 设计超声波测距仪J、国外电子元器件、2000；128 Hu Minqiang、Shi Bin、Qian Yushou、Develop

43、ment and PresentStatus of the Control Technology on Ultrasonic MotorsM、Micromotors、1998；30-339 何希才、传感器及其应用实例M、机械出版社、2004；105-11310 Mike、Prichard Deco、Zong Guanghua、Robot controller and program design M、Science Press Beijing、2004；110-121本科生毕业论文（设计）21附 录附录A 原理图本科生毕业论文（设计）22附录B PCB图本科生毕业论文（设计）23附录C 源程序

44、;*项目名称：超声波测距器*;*使用芯片：AT89S52*;*设计时间：2009.12.10*;*设计人员：韩洪申*VOUT EQU P1.0 ;脉冲输出端口ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP PINT0ORG 000BHLJMP INTT0ORG 0013HRETIORG 001BHLJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BHRETISTART:MOV SP, #4FHMOV R0, #40H ;4043H 为显示数据存放单元（40 为最高位）MOV R7,#0BHCLEARDISP:MOV R0, #00HINC R0DJNZ R7, CL

45、EARDISPMOV 20H, #00HMOV TMOD, #21H ;T1 为 8 位自动重装模式，T0 为 16 位定时器MOV TH0, #00H ;65ms 初值本科生毕业论文（设计）24MOV TL0, #00H ;40KHz 初值MOV TH1, #0F2HMOV TL1, #0F2HMOV P0, #0FFHMOV P1, #0FFHMOV P2, #0FFHMOV P3, #0FFHMOV R4,#04H; ；超声波脉冲个数控制（为赋值的一半）SETB PX0SETB ET0SETB EACLR 00HSETB TR0 ;开启测距定时器START1: LCALL DISPLAY

46、JNB 00H, START1 ;收到反射信号时标志位为 1CLR EALCALL WORK ; ；计算距离子程序SETB EACLR 00HSETB TR0 ; ；重新开启测距定时器MOV R2, #32H; ； 测量间隔控制（约 4*100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAYDJNZ R2, LOOPSJMP START1;T0 中断，65ms 中断一次;INTT0: CLR EACLR TR0MOV TH0, #00H本科生毕业论文（设计）25MOV TL0, #00HSETB ET1SETB EASETB TR0 ;启动计时器 T0，用以计算超声波来回时间SETB TR

47、1 ;开启发超声波用定时器 T1OUT: RETI;T1 中断，发超声波用;INTT1: CPL VOUTDJNZ R4,RETIOUTCLR TR1; ；超声波发送完毕，关 T1CLR ET1MOV R4,#04HSETB EX0; ；开启接收回波中断RETIOUT: RETI;外中断 0，收到回波时进入;PINT0: CLR TR0; ；关计数器CLR TR1CLR ET1CLR EACLR EX0MOV 44H, TL0; ；将计数值移入处理单元MOV 45H, TH0SETB 00H; ；接收成功标志RETIDL1MS: MOV R6, #14HDL1: MOV R7, #19HDL2

48、: DJNZ R7, DL2本科生毕业论文（设计）26DJNZ R6, DL1RET;40H 为最高位，43H 为最低位，先扫描高位;DISPLAY:MOV R1, #40H;GMOV R5,#0f7H;GPLAY:MOV A, R5MOV P0, #0FFHMOV P2, AMOV A, R1MOV DPTR, #TABMOVC A, A+DPTRMOV P0, ALCALL DL1MSINC R1MOV A, R5JNB ACC.0, ENDOUT;GRR AMOV R5, AAJMP PLAYENDOUT:MOV P2, #0FFHMOV P0, #0FFHRETTAB: DB 0C0H

49、,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH;共阳数码管 0 ,1, 2,3,4,5,6,7,8,9,不亮，A, ;距离计算程序(=计算值17/1000cm) 近似;WORK:PUSH ACCPUSH PSWPUSH B本科生毕业论文（设计）27MOV PSW, #18HMOV R3, 45HMOV R2, 44HMOV R1, #00DMOV R0, #17DLCALL MUL2BY2MOV R3, #03HMOV R2, #0E8HLCALL DIV4BY2LCALLDIV4BY2MOV 40H, R4MOV A, 40HJNZ JJ0MOV 40H, #0AH ;最高位为 0，不点亮JJ0:MOV A,R0MOV R4, AMOV A,