便携式测距仪系统设计样本

题目：便携式测距仪系统设计（硬件）英文题目：DesignofSystemonPortableRangefinder作者声明本人以信誉郑重声明：所呈交学位毕业设计（论文），是本人在指引教师指引下由本人独立撰写完毕，没有抄袭、抄袭、造假等违背道德、学术规范和其她侵权行为。文中引用她人文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包括她人成果及为获得东华理工大学或其她教诲机构学位或证书而使用过材料。对本设计（论文）研究做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起法律成果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）：签字日期：年月日本人声明：该学位论文是本人指引学生完毕研究成果，已经审视过论文所有内容，并可以保证题目、核心词、摘要某些中英文内容一致性和精确性。学位论文指引教师签名：年月日摘要STC89C52单片机是STC单片机中应用中一款最为广泛单片机，在自动化及其有关领域具备相称高价值，STC89C52单片机具备低功耗、高性能以及便于操作等特性受到了广大兴趣者好评。超声波测距仪在生活中可以稳定测量出精准距离，超声波具备低能耗、易于传播等特性，因而在生活中得到了广泛应用。本次设计重要以STC89C52单片机为核心加上超声波传感器来完毕本次超声波测距仪制作，以STC89C52为主控芯片，发射模块发射超声波，接受模块接受发回超声波，运用超声波传感器对距离测量以及单片机运算与解决得出相应距离，显示成果。本次设计系统方案通过软件和硬件以及各个模块互相配合得以实现。论文最后通过综合实验证明，设计出系统可以稳定运营，实现简便及人性化输入操作以及显示界面，实现了一定测量精度，基本完毕设计预测规定,对超声波测距仪低成本化最后实现具备参照意义。核心字：超声波传感器；测距仪；模块；单片机

ABSTRACTSTC89C52singlechipmicrocomputeristhemostwidelyusedintheapplicationofasinglechipmicrocomputerSTC，Ithasahighvalueinthefieldofautomationanditsrelatedfields，STC89C52MCUwithlowpowerconsumption，highperformanceandeasytooperate，andotherfeaturesbythemajorityoffans，Ultrasonicdistancemeasuringinstrumentcanbestableinlifetomeasuretheprecisedistance，Ultrasoundhasthecharacteristicsoflowenergyconsumption，easytospread，soithasbeenwidelyusedinlife.ThisdesignmainlyusestheSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecoreandtheultrasonicsensortocompletetheproductionoftheultrasonicdistancemeasuringinstrument.，STC89C52asthemaincontrolchip，transmittermoduletransmitsultrasonic，receivingmoduletoacceptthereturnedultrasonic，usingultrasonicsensorsfordistancemeasurementandMCUoperationandprocessingthattheappropriatedistance，theresultwillbedisplayed.Thedesignofthesystemprogramthroughthesoftwareandhardwareaswellastheinteractionbetweenthevariousmodulestoachieve.Finallythroughcomprehensiveexperimentsdemonstratethatdesignedthesystemtostableoperation，therealizationissimpleanduser-friendlyinputoperationanddisplayinterface，toachieveacertainmeasurementaccuracy，andbasicallycompletethedesignoftheexpectedrequirementsofthelowcostofultrasonicrangefindertheultimaterealizationofthereferencevalue.Keywords：Ultrasonicsensor；distancemeasuringinstrument；module；singlechipmicrocomputer目录TOC\o"1-3"\h\u10938绪论 3281021.系统总体方案设计 661.1本论文重要研究内容 6205101.2超声波测距仪需求分析 6161661.3超声波距离测量方案 6144841.3.1超声波传感器测距原理 6196851.3.2超声波传感器原理 7208841.4系统主控芯片方案与选取 8297771.5系统设计方案 9269151.6本章小结 10219182.超声波测距仪原理分析 11294802.1超声波基本概念及其特性 11316292.2超声波传播速度 12249652.3回声探测法超声波测距仪原理简介 1429652.4本章小结 15115623.系统硬件电路设计 1635973.1主控电路 17275643.2电源某些 1777843.3超声波测试模块 18322873.4时钟电路模块 19100253.5复位电路模块 199443.6按键模块 2057873.7声音报警模块 2156383.8显示模块 2167013.9本章小结 22178464.系统软件设计 2375684.1系统总体软件设计思路 23162074.2超声波探测模块流程图 24297254.5程序抗干扰解决 2614774.6本章小结 2715425.实验最后调试与成果 28218345.1焊接调试 28267105.2硬件以及软件调试 286613致谢 3215839参照文献 33

绪论自从文明来源伊始，人类测量办法就随着时代进步也跟着发生变化，工具也是五花八门。随着时代进步人类测量距离办法也从简朴尺子测量发展到可以运用超声波对距离进行精准测量。人们发现超声波具备能耗低、指向性强、传播距离较远等长处，因而运用传感器技术与自动控制系统相结合制作可以运用超声波进行距离测量精密仪器。当前超声波测距已经是最为广泛一种测距办法了，其具备以便、快捷、精准等长处，在工业、农业、电力等社会各行业领域中均有了它身影。背景与意义初期国内超声波测距仪也是依赖于机械原理而进行工作，但随着世界电子技术迅猛发展国内测距仪在各方面不甘落后，甚至在某些方面科技含量甚至更高、更好。但国内超声波测距器，精度比较小误差比较大，并且用于多方方向测距仪也并不是很普及。然而随着科学技术迅速发展，超声波测距仪作用将会越来越大。但是，然而就当前技术水平而言，人们可以精确运用测距技术还是相称局限。因而，这是一种正在蓬勃发展而又有前程无限技术及产业领域。展望将来，超声波测距仪作为一种新型非常重要有用仪器在各方面都将有很大进步以及发展空间，它将朝着更加高定位、高精度方向而发展，以达到人类日益发展需求。当前超声波测距仪在测量距离时都是运用超声波在空气中传播速度与时间之间关系进行计算然后得出成果。常用技术重要有微波雷达测距和运用超声波测距以及运用激光测距这三种办法。由于超声波具备指向性强、能耗慢并且在介质中传播距离比较远这些长处，因此经惯用于距离测量。超声波测距仪重要用于某些工业现场方位查看、汽车倒车、移动机器人自动避障操作、建筑工地施工，可以在高温、潮湿以及多尘等非常恶劣环境下进行工作。相比较于其她测量距离技术而言，超声波定位技术成本非常低，但是精由于人类生理所决定超声波振动频率只有在一定范畴内才干被人耳朵所辨认，该范畴为20~0赫兹。超声波频率下限大概和人所能听到频率上限相等。因而，咱们就把频率高于0赫兹声波称为之为“超声波”。超声波各种性质决定她是机械波，机械振动与波动是超声波探测物理基本。超声波在生活中有诸多应用，例如可用于距离测量、速度测量、障碍物测量、清洁功能、金属焊接技术、杀灭细菌、检查金属物件缺陷、以及焊接铝金属、清洁衣物、玻璃打孔、以及寻找沉没了轮船...等。超声波波长相比较于其她声波而言显得特别长，由于普通障碍物都会比超声波波长大诸多，因此说在衍射能力方面超声波并不是很强，并且在介质密度不发生任何变化状况下，超声波可以沿着波方向始终沿直线传波，超声波波长越短它直射能力就会越好。当声音在空气中传播时，带动空气中微粒来回振动而对微粒做功。声波功率就是表达声波做功快慢物理量。在相似状况下，声波频率越高，它所具备功率就会越大，因此说超声波跟声波相比较，超声波功率比声波要大多。当前在国内外超声波测距方面能力和重要研究方面是各不相似，重要体当前对距离精准度以及能量损耗上、不同超声波不同操作频率，超声波信号用法和超声波测距解决器选取以及应用上。由于超声波指向性强非常强并且能量消耗比较小，在诸多介质中传播距离非常远，因而超声波经惯用于距离测量以及距离判断，使用超声波测距往往都比较以便、迅速、便于计算、容易做到实时控制。研究可以语音播报无线测距仪将在工业控制、能源水利勘探方面发挥重大意义，具备极大优势和辽阔前景。超声波测量并不需要接触，并不会受到光照、电磁波或者粉尘等外来因素干扰，超声波测距过程是运用了计算超声波在被测物物体和超声波传感器之间传播时间然后通过计算来测量距离，然而对于被测物体是没有任何损害。并且超声波传播速度在一定范畴内与频率是没关于系。超声波这些独特长处被越来越多人们所追捧。当前对于超声波精准测距规定也越来越广，如油库和水箱液面精准测量和控制，物体内气孔大小检测和机械内部损伤检测等。在机械制造，金属冶炼，航海运送，航空事业、石油、车辆交通、化工等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料应用、生物进化等领域中也占具重要地位。超声波测距意义在于：距离检测是一种非常重要手段，咱们可以运用这个原理制作出许多不同传感器，当前超声波测距装置已经相称普及并且价格也非常便宜。超声波在不同介质中传播速度不同样，就例如超声波在气体中传播速度并不等于超声波在液体中传播速度，超声波具备定向性好、能量释放集中、传播过程中衰减较小、反射能力相称强等长处。超声波能以一定速度按照固定方向传播，在遇到障碍物后产生反射，因此运用这一特点，咱们可以通过测定超声波来回所用时间然后就可以计算出相离距离，从而实现无接触从而测量物体距离。超声波测距具备迅速、快捷、以便等长处，并且不受光线等因素影响，广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地测量、现场位置监控、振动仪车辆倒车障碍物检测、移动机器入探测定位等领域。本文设计数字式超声波测距仪通过对超声波来回时间内输入到计数器特定频率时钟脉冲进行计数，进而显示相应测量距离。研究现状随着科学技术在近几十年迅猛发展，超声波测距仪应用范畴也逐渐从工业工业生产慢慢走进了人们生活，如此广泛应用使得提高人们对测距仪理解显得特别重要。随着超声波传感器解决声波办法不断改进，该如何研发新型、高性能超声波换能器以进一步拓宽超声波测距应用，作为解决超声波测距功能局限性一种主线手段，受到了国内外越来越多学者所关注，当前市场上普通超声波测距系统，普通采用发射单超声脉冲办法，这种办法在测距精度和可靠性等方面研究已较成熟。但是当它采用较高频率超声波时，会因空气吸取而较快衰减，导致有效测量距离减少；在通过减少频率以增大测距范畴时，测距绝对误差又会增大。因而该办法存在测量辨别力和有效作用距离矛盾，极大制约了超声波传感器应用领域拓宽。现阶段，咱们国内某些科学家在对超声波发射电路优化以及发射功率和发射频率控制，优化最大探测距离提高等方面做出了卓越贡献。对新型超声波传感器进行研究并获得了一定成果，但对新款超声波传感器构成材料、超声波传感器创新方面研究还是很不尽人意。超声波测距功能由于其原理比较简朴并且很容易达到效果以及成本低廉等长处，在水位测量、自动化机器人定位和避障、汽车防护功能和曲面仿形检测等领域得到了广泛应用。超声波测距凭借其原理简朴、易于实现以及成本低等长处得到了广泛应用。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，因而同样合用于机器人研制上。用使移机器能自避障行走必要装备测距系统使其及获取距障碍物距离信息（距离向）超声波测距系统机器解其前、左侧右侧环境提供运距离信息。运用超声波检测往往比较迅速、便且计算简朴、易于做实控制测量精度面能达工业实用规定广泛应用本课题研究非实用商业价值。3.设计任务基于单片机以及超声波传感器原理，设计用于距离测量超声波测距仪硬件电路和相应软件并且制作样品。规定实现样品可以通过超声波测量得出精确距离。4.论文内容安排论文一方面简介了国内外超声波测距仪以及超声波传感器发展历程、现状，分析了设计需求，对比论证了各种实现方案，拟定系统总体方案选取。然后简介了基于超声波测距仪原理，硬件某些选取。本文重点研究了超声波测距仪硬件模块：数据采集模块、按键控制模块、数码管显示模块等以及某些软件设计某些有关原理和工作流程。论文最后通过综合实验检测设计出系统，并总结了课题研究中浮现问题，对导致流量测量误差各种因素进行了详细研究、分析。5.本章小结本章节重要简介了了超声波测距仪发展历程和现状，特别简介了超声波测距仪历史背景以及当前国内超声波测距仪重要状况，进而阐明了本课题研究意义；概述了本次设计任务与论文内容安排。

1.系统总体方案设计1.1本论文重要研究内容本论文需要充分理解超声波传播特性，以及在实际测量过程中各种干扰对于测量精度影响，选取相应硬件方略并采用适当软件抗干扰办法保证测量稳定。设计系统相应控制测量电路，并综合仪器在设计方面自身实际状况与现场环境解决浮现问题并提出改进方案。1.2超声波测距仪需求分析超声波测距仪涵盖了超声波传感装置、蜂鸣器、单片机模块（硬件控制模块以及软件控制模块），设计超声波测距仪须达到如下功能：距离测量超声波测距仪最重要功能就是对距离测量，因而该实物需要达到能对距离进行精准测量，以及精确、直观显示在数码显示管上。数据计算运用超声波传感装置对声波发送以及接受得到相应数据，通过单片机对相应数据进行计算，得出所要测量距离。显示模块显示模块采用了四位显示数码管，在超声波传感装置以及单片机对声波解决和计算得出距离数据可以精确显示在四位数码管上。键盘输入实物中具有3个按键，通过按键可以分别实现设定、加、减这三种功能。报警功能通过三个按键分别实现设定、加、减这三种功能，以实现报警规定距离。通过蜂鸣器产生报警功能。（6）电源设计在电源设计方面采用了3节5号干电池，以达到4.5v电压。1.3超声波距离测量方案1.3.1超声波传感器测距原理运用超声波装置发射器往任意一种方向发射超声波，在发射时候同步按下计时器开关开始计算时间，超声波在空气中传播规律就是只要遇到任何障碍物便会反射回来，因而超声波装置中接受器在接受到反射波同步就会立即停止计时。在空气中超声波传播速度为V，声波传播时间为T，因此咱们能通过计算得到发射点距离障碍物长度S=VT。本仪器在超声波发射后来，对超声波发射始终到接受进行计时。系统定期发射出超声波，在启动发射超声波同步打开系统内部定期器，然后再运用定期器计数功能来记录超声波发射时间和收到反射回来超声波时间。当收到超声波反射波同步，接受电路输出端产生一种负跳变，控制系统在检测到这个负跳变信号后，会停止计时器记时，读取时间，计算距离,测量成果输出给显示设备。超声波测距由于各种办法，例如：有渡越时间检测法、相位检测法以及声波幅值检测法等。声波幅值检测法受到反射波干扰相对来说比较大。相位检测法虽然得出成果精度非常高但是所能检测范畴相称有限。因此渡越时间法最为适合超声波测距仪。渡越时间检测法原理：检测超声波（超声波发射装置所发射），渡越时间就是超声波通过空气传播返回超声波接受装置时间。在气体介质中声速与渡越时间相乘，就是超声波所通过路程，也就是测得距离。当前超声波测距已经得到了相称高注重，国内普通使用专用集成电路依照超声波测距原理设计各种各样测距仪器，然后专用集成电路成本相对来说比较高、并且功能单一。而以单片机为核心测距仪器则可以实现预先设立、多端口检测、显示数据、蜂鸣报警等各种功能，并且成本低廉、精度较高、操作简便、工作稳定性高、可靠。以8052为内核单片机系列，其硬件构造系统具备功能部件齐全、性能强大等特点。特别值得一提是，除了8位CPU以外，还具备一种很强8位解决器，它本质上是一种完整8位微计算机，即包括完整位CPU，位RAMROM（EPROM），位寻址寄存器、I/O口和指令集。因而，8052是双CPU单片机。位解决在开关决策、逻辑电路仿真、过程测控等方面相称有效，而8位解决则在数据采集和解决等方面具备相称明显优势。1.3.2超声波传感器原理可以发射超声波以及可以接受超声波装置就叫超声波传感器，普通称之为为超声换能器，有些时候也叫超声波探头。超声波传感器重要是由压电晶片所构成，既可以发出超声波，也可以收到超声波。小功率超声换能器多用于某些勘探方面。它有诸多不同构造某些，可以提成直探头（发射纵波）、双探头（一种探头反射、一种探头接受）、斜探头（发射横波）、表面波探头（发射表面波）、兰姆波探头（可以发射兰姆波）等。超声传感器核心是一块压电晶片普通处在她塑料外套中或者有是存在于金属外套中。构成晶片可以运用诸各种材料，由于晶片直径、大小和密度、厚度都会有所差别，因而不同传感器性能都是不同，在咱们准备操作前必要预先理解清晰该探头属性以及性能状况。超声波传感器重要性能指标涉及：工作频率：压电晶片在工作时产生振动频率就是工作频率。当加到它两端交流电压频率和晶片共振频率相等时，可以输出最大能量，在这时敏捷度也是最大值。

（2）工作温度：压电材料居里点普通都很高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，因此工作温度比较低，可以长时间工作并且也不会失去效果。医疗用超声探头温度比较高，需要单独制冷设备。

（3）敏捷度：重要取决于制造晶片自身。机电耦合系数大，敏捷度高。图1-1超声波传感器构造1.4系统主控芯片方案与选取系统芯片选型影响到系统总体性能，依照规定提出了两个可行芯片选型方案：（1）51单片机主控芯片为STC90C516RD+单片机，该款芯片工作电压为3.5V-5.5V拥有Flash64K，SRAM1280字节，51单片机一共有39个I/O口并且机器周期可选取，有EEPROM、看门狗功能，共3个16位定期器/计数器，外部中断4路，掉电模式可由外部中断唤醒。该芯片具备低便宜格，有关技术资料成熟全面，但只有8位解决能力。（2）52单片机52单片机使用是MCS-51内核并且具备低能耗、高性能CMOS8位微控制器具8k字节系统可编程Flash存储器。相比与51单片机，52单片机有着更多优势。相比较与51单片机，52单片机多了一种定期器，在串行通信中可以设立更高波特率，RAM方面51是128而52却是256。51单片机晶振只有24MHz，而52单片机最高可以达到33MHz，并且在看门狗,在掉电、数据指针等方面也远远赛过51单片机。1.5系统设计方案本次超声波测距仪设计涉及了软件以及硬件两个某些，重要有关模块提成了数据信息收集模块、键盘按键控制模块、四位数码显示管显示模块、报警等子模块等。而在电路构造方面则提成了3个某些，分别是：超声波传感器有关电路、蜂鸣器有关电路以及单片机控制电路。就对本次设计来说，本次核心模块也就是中心单元则是靠单片机完毕，因此本次设计系统也算是单片机应用系统有关应用。单片机构成涉及了硬件以及软件，硬件某些重要是由单片机自身尚有有关输入、输出设备以及外部电路等所构成。软件则是各种各样程序所构成。单片机系统研发过程重要涉及总体设计以及对软硬件分别进行设计等3个阶段。本次设计超声波测距仪运用了STC89C52单片机作为核心控制单元,每次当测距仪所测到距离不大于所设定距离时，主控芯片则将测到数据与咱们开始设立距离进行计算比较然后解决。最后控制蜂鸣器产生报警。系统总体设计方框图如下图所示：电源电源超声波传感器模块按键控制STC89C52超声波传感器模块按键控制STC89C52主控制器模块四位数码管显示模块蜂鸣器报警模块四位数码管显示模块蜂鸣器报警模块 图1-2系统设计方案框图结合需求分析与系统总体方案选取，本设计总体流程图1-3如下：图1-3本设计总体流程图1.6本章小结本章一方面简介了整个系统功能实现规定与目的，阐明了在总体目的基本系统设计大体环节，接着对比分析了各个可行性方案优劣，最后提出了实现系统设计功能最后方案。2.超声波测距仪原理分析在拟定了超声波测距系统总体设计方案之后，想要达到超声波测距详细功能，咱们还需要理解以及掌握超声波以及超声波传感器某些基本理论与知识。本章重要简介了超声波有关信息以及超声波传感器有关信息，并详细阐述理论条件下测量公式，从而进行实验，以达到预期效果。2.1超声波基本概念及其特性超声波是一种人耳无法听到波由于它频率超过20KHz，超声波分横向振荡和纵向振荡两种形式，超声波可以在气体、液体及固体中传播，超声波在不同介质中传播速度也会有所差别。超声波特性如下：波长：电磁波波传播速度为3×108m/s，而声波传播速度却很慢约340m/s。一来说波传播速度是用其频率乘以波长然后得出来，然而在仅仅只有340m/s传播速度状况下波长比较短也就意味着可以在方向上获得很高辨别率以及对距离清晰判断。正因如此使得咱们在测量时获得了高精准度。反射：超声波只有通过反射才干拟定物体存在，由于金属材料、木材、泥土、玻璃、塑料产品和纸制品等几乎可以把所有超声波所反射，因而咱们可以很容易地发现这些物体。然而有些材料会吸取超声波使得咱们很难探测到她们例如：布、棉花、绒毛等，同步，在某些特殊状况不规则反射，往往也许很难探测到凹凸不平表面以及存在于倾斜角度过大地方物体，正是这些因素决定了超声波抱负测试环境是在空旷场合，并且测试物体必要反射超声波。温度效应：声波传播速度普通用“c”表达，普通用公式c=331.5+0.607t(m/s)式中，t=温度(℃)表达，由此公式可以看出波传播速度与温度是密切有关，温度会影响到波传播速度。因而为了测量精准性，咱们在使用超声波进行测距时必要将温度这一重要因素考虑进去。衰减：超声波在空气中传播会随着传播距离增长超声波强度变化成比例地削弱，这是衍射现象而导致声波在球形表面上扩散损失。如图2-1所示，频率越高超声波，衰减率也就会越高，超声波传播距离也就越短，因而超声波衰减特性直接影响了超声波传感器有效距离。图2-1声压在不同距离下衰减特性2.2超声波传播速度本次课题是要对距离进行测量，因而所考虑问题则是超声波在介质中中传播速度，现对空气中超声波传播速度进行分析：空气中声速公式：c=331.5+0.607t(m/s)式中，t=温度(℃)表达，由此看出声速度与温度成正比，温度越高声速越快。水中声速公式：（2-1）（其中C=声速，T=水温，S=含盐量，h=水深）（T=[0,35℃],S=[0,45%]）依照资料分析得到超声波在水中传播速度与温度T，含盐量S及水深h关于，但是其中水深h多用于水下声速计算，因而在流量测量中水深h可忽视不计。（2-2）使用MATLAB对其两个变量水温和含盐量进行曲线绘制：图2-1声速与温度变化关系曲线图2-2声速与含盐量变化关系曲线由图可以看出在给定变化区间内，声速随着温度或含盐量增长而增大。2.3回声探测法超声波测距仪原理简介运用超声波测距中最长见办法便是回声探测法。回声探测法原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在超声波发射出去同步，定期器也同步开始计时，超声波在空气中传播，半途如果遇到障碍物会立即返回，超声波在接受到返回波同步停止计时器计时。超声波在空气中普通传播速度为340m/s，然后按照计时器所记录时间t，就可以计算出该位置离测距仪距离s，即：s=340t/2。由于超声波也是一种声波，因此它速度V和温度密切有关。在测量时，如果传播所通过介质温度变化不是很大，则可以近似将超声波速度认定为保持不变。但如果对测量成果规定精度很高，则可以通过温度补偿办法对测量成果加以数值校正。声速拟定后，只要测得超声波来回时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪基本原理。超声波发射障碍物SHθ超声波接受图2-2超声波测距原理如下为超声波测距仪对距离进行测量时原理所要产生有关计算，以及有关原理公式：（2-1）（2-2）式中:L——两探头之间中心距离一半已知传播距离：（2-3）式中:v——超声波在介质中传播速度t——超声波从发射到接受所需要时间因而又此得出,只要需要测量出超声波传播时间t,就可以由此得出咱们所规定得H。2.4本章小结本章简介了本次超声波测距仪设计课题研究办法以及实行方式。3.系统硬件电路设计本章依照回声探测法超声波测距仪总体方案基本，拟定了实现系统各模块功能硬件电路有关设计。系统重要由主控制模块、电源某些、超声波测试模块、时钟电路模块、复位电路模块、按键模块、声音报警模块、以及显示模块所构成。本次设计需完毕必要依托以上各个模块参加，共同作用下达到预期效果。如下图3-1为本次设计超声波测距仪硬件整体原理图：图3-1超声波测距仪硬件整体电路图3.1主控电路作为整个超声波测速系统中最为核心也是最为核心一某些，本设计选取STC89C52单片机。STC89C52单片机在拥有非常强抗干扰能力同步还拥有相称高运算速度与能耗较低等特点，保证了它合用限度以及整体性能指标。如下图3-2所示为本次设计超声波测距仪最小硬件系统。图3-2最小硬件系统有分析得在本设计超声波测距仪中要用到如下器件：STC89C52单片机、超声波传感装置、按键、四位数码管、蜂鸣器等某些单片机外围应用电路。3.2电源某些本次设计在电源方面采用了自锁开关引脚辨认办法，其硬件原理图如下图3-3，其中p2为电池或者USB接口，sw1为电源开关用来接通和断开电源。其中12和45是常开触点而23和56是常闭触点。在开关按下了1245则该电路导通，2356则是断开如是弹开开关则相反。图3-3电源有关硬件图3.3超声波测试模块超声波测试模块作为超声波测距仪最为重要某些之一，超声波模块选取决定了整机性能好坏。本设计选取使用HC-SR04作为本次超声波测距仪超声波模块，该模块可提供2cm-500cm范畴内不需要接触也能进行测距，并且测距精度还可以达到最高高3mm。本模块包括了超声波发射器、超声波接受器与控制电路。本测试模块采用IO口TRIG触发然后进行测距，只需要给10us高电平信号，该测试模块将会自行发送8个40KHz方波，然后自动检测信号返回与否，如果会有信号返回，则给IO口输出一种高电平，这个高电平持续了多久则证明超声波来回经历了多久。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。其中VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。如下图3-4为超声波装置有关电路图：图3-4超声波装置电路图如图所示1接口接电源正极，4接电源负极也就是接地2和3接口分别接射脚（接p32口）和收脚（p33口），该超声波模块在实行时采用了定期器0进行测量以及8分频TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：T=（定期器0溢出次数*（0XFF-0XCE））/1000其中定期器0初值计算根据分频不同而有差别。3.4时钟电路模块在时钟电路方面方向放大器输入以及输出分别为XTAL1和XTAL2。这个反向放大器也可以以为是片内振荡器。在本次设计里石晶材料振荡和陶瓷材料振荡都可以使用。但是如果是采用了外部时钟用以驱动硬件，则XTAL2应不用连接。由于在一种特定机器周期内会包括6个状态周期，2个振荡周期合起来是一种状态周期，因而一种机器周期包括12个振荡周期，如果外接是石英材料晶体振荡器则它振荡频率则为12MHZ，因此一种振荡周期为1/12us，因而一种机器周期就是1us。如图3-5所示则是本次设计时钟电路模块有关电路图。图3-5时钟电路电路图3.5复位电路模块老式复位办法普通有2种，一种为上电自动复位方式还一种则是外部按键手动复位。单片机将会在时钟电路即将工作完毕同步，在RESET端持续施加2个机器周期高电平也就可以达到复位规定。例如使用晶振频率为12MHz时，则规定该电路复位信号应不不大于2us持续时间。本次设计复位电路模块是采用自动复位电路。如图3-6示为本次设计复位电路图。图3-6复位电路图3.6按键模块本次设计超声波测距按键模块采用是独立按键，有关电路中只使用了3个独立按键，一种为设定键，两外两个分别为加键和减键。设定键作为对本次设计测距仪所规定报警距进行设定，加减两键分别是对距离大小控制，当所测距离不大于报警距离，蜂鸣器则开始报警。如图3-7为一种独立按键在系统中有关电路图：图3-7独立按键电路图3.7声音报警模块本次设计中如若测得距离不大于所设定距离时，蜂鸣器则会产生报警。在声音报警电路中采用一种Speaker和三极管、电阻接到单片机P13引脚上，构成声音报警电路。蜂鸣器在安装时长脚接正极，短脚接负极。如下图3-8为本次设计声音报警模块电路图：图3-8声音报警电路3.8显示模块本次设计超声波测距仪中显示模块算是最为重要一块，由于该测距模块显示了最后测距成果，采用了4位数码管将最后测距成果显示在上面，前两位为所测得米数，而后两位为厘米数。显示模块采用数码管显示接口电路如图3-9如下：图3-9数码显示管接口电路3.9本章小结本章对本次设计中所要涉及硬件某些中各个模块进行了详细简介，以及对各个硬件某些有关电路给出了图示以及简介。

4.系统软件设计本文前几章已经对本次设计实验方案以及详细实行办法做出了简介，同步在前一章更是对本次设计系统各个硬件模块以及连接办法进行了简要简介，基于前几章基本本章节将要对本次设计中软件模块方面做出某些简要描述以及简介，如下则为软件方面简要简介。4.1系统总体软件设计思路本次超声波测距仪系统程序采用编程语言为C语言，基于KeilμVision4开发平台。C语言是一门使用相称普遍一款计算机编程语言，受到了广大计算机使用者追捧。C语言给计算机编程提供了简朴编程办法并且容易操作低档解决器最重要还是减少了诸多不必要机器代码以及随时随处很以便进行计算机编程。与汇编程序相比，C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显优势，因而更加容易读懂学习、更加容易使用。由于本次超声波测距仪系统设计中将要达到报警功能，因而在程序编写上因加入报警模块程序编写，如下图4-1为系统主程序工作流程图：图4-1为系统主程序工作流程图4.2超声波探测模块流程图HC-SR04超声波模块具备两种测量传播时间办法可以使用。其中一种是将一种一种不不大于10微秒脉冲信号给其Trig引脚，此时该模块将会自动产生8个40KHz超声波脉冲，然后在立即打开计时器开始计时，当Echo引脚收到信号同步计时器也开始关闭。然而这种方案却存在某些缺陷，缺陷是在操作过程中非常挥霍时间，而无法拟定是，究竟什么时候发射模块才会真正开始发射超声波脉冲。而HC-SR04超声波模块却提供了另一种比较可靠计时办法。每当Trig引脚被触发时，开始发射超声波脉冲，接受端收到脉冲后Echo引脚会产生一种宽度与传播时间成正比脉冲。这样只需要检测Echo引脚返回脉冲信号宽度，即可拟定超声波在发射端和接受端之间传播时间。下图4-2为超声波探测环节流程图：图4-2探测环节流程图4.3按键程序超声波测距仪带有报警距离设定功能，报警距离自由设定功能可以让使用者依照自己实际需要来对报警距离进行设定。由于本设计在各种不同场合都可以使用，因此可调节报警距离也加强了本设计在不同环境下实用性。报警距离可调是通过按键来实现，在系统初始化之后，系统会扫描设立键与否按下。在设立键被按下之后，可依照加减按键对之前保存报警距离进行调节，当报警距离设定完毕之后，再次按下设立键，完毕设立，成功更新报警距离。如下图4-3为按键控制流程图：图4-3按键控制流程图4.4显示模块超声波测距仪需要通过显示模块才干让使用者直观地得到所需测量数据，显示模块成为超声波测距仪与使用者进行信息交流最重要某些。通过显示模块，使用者可以得到测量值，或者调节报警距离。在超声波测距仪启动之后，通过初始化，数码管默认显示测量值，此时显示3位数码管：若安下设立键，则数码管显示报警距离，报警距离调节也会通过数码管显示出来，测试显示4位数码管。当再次按下设立键后，退出报警距离显示，重新显示测量值。如下图4-4为显示模块流程图：图4-4显示模块流程图4.5程序抗干扰解决在实验测量现场普通很容易受到某些干扰或者是供电不稳定等因素将会影响到单片机核心运作，因此极有也许将会导致程序跑飞，系统将会无法工作。这时候就必要使用到看门狗功能，规定期间内如果该单片机不防问看门狗，则系统将会默认此单片机处在故障中，看门狗则会强行将单片机进行复位，使单片机系统重新开始正常工作。4.6本章小结本章简要简介了超声波测距仪各个模块程序流程图以及实现软件设计思路、原理和实现办法。详细主程序以及子程序请参照附录一。本章在最后还简介了程序抗干扰解决，以防止干扰因素对测试成果影响。5.实验最后调试与成果5.1焊接调试在实物最后调试时，焊接各个模块是最重要过程，在焊接完毕后才干进行对各个模块设立以及测试。焊接环节是一方面焊接好系统各个模块芯片与材料，最后在焊接完每一种模块基本上，再开始进行单独模块检测与调试。为了完毕正常焊接过程。并且想要要获得好焊接成果，就一定要将焊接顺序以及焊接要点记清，严格按照焊接流程来实行：最开始右手持电烙铁，然后用左手持有尖嘴钳持有元件或者导线。在焊接即将开始前，必要先将电烙铁充分预热，并且在烙铁头上面一定要具有足够锡。然后将烙铁头侧面紧贴在需要焊接点，在角度方面也规定烙铁头与水平面大概成45℃角范畴内。以便于熔化锡可以直接从烙铁头上面流到焊接点上。在拿走焊锡丝同步，需要将烙铁头在被焊接处停留2到3秒左右时间。在拿开焊锡丝时候，烙铁不应当立即拿开，保持加热使焊锡以及完毕润湿和扩散过程，始终等到焊点在最明亮时候再立即拿走烙铁，左手拿着元器件保持不动。等待大概10秒时间，焊点处锡冷却凝固完毕后，才可松开左手。整个焊接过程中，应避免虚焊、短路、偏位、少锡、多锡、极性反向等状况发生，并且注意布线简洁和布线对的性。5.2硬件以及软件调试在焊接以及实物安装完毕后来，就可以将程序编译后来好下载到单片机里进行试运营。一方面将写好程序AT89S52单片机装到万用板上，然后在依照操作实际状况观测与否要修改超声波发生子程序每次发出测量时间间隔和脉冲宽度，以适应不同距离测量需要。依照所设计电路及其参数加上编写程序，得出所能测得距离，测距仪最大误差应当不超过1cm左右。在通电后来将仪器超声波探头对着墙面往复移动，在观测数码管显示数字成果会不会变化随着移动而发生变化，以及在测量范畴内能否正常显示。如果超声波发射功率比较大时，则测量时距离比较远，则相应下限值（盲区）应设立为更高值。实验板中声速没有进行温度补偿，声速值为340m/s，该值为15℃时超声波值。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测量规定。如下图5-1和5-2为本次设计实物图：图5-1实物图图5-2实物图5.4本章小结本章对本次设计超声波测距仪软硬件调试做出了阐明，以及给出了有关实片。结论本次设计与研究超声波测距仪采用了最为简便电子元器件以及有关材料将软、硬件充分地结合了起来，充分运用了AT89S52单片机及该单片机外围接口用以实现超声波测距系统，记数原理则是运用了单片机定期器与计数器共同完毕。因而本次设计超声波测距仪整体性能相称好，加上人性化强、可靠性能高等长处实现了操作简便功能，同步也达到了数字方面显示控制智能化。通过了查阅大量文献资料和有关书籍，并且对市面上某些原本就有某些类似产品进行了一定限度抽查，大概理解了当前市面上超声波测距仪发展状况以及既有功能。最重要是通过这次设计培养了我自学能力以及动手能力。通过这次毕业论文，我学会了如何将曾经学过知识转变为自己所可以运用东西，并且逐渐从此前被动学习知识到了积极对知识向往，这可以算是是我在学习上最大进步。本次设计通过软件以及硬件共同设计，让我对软件以及硬件电路有了更深理解。在诸多实际问题中逐渐让我发现，诸多在课本上浮现只是要想运用到实际操作中会困难诸多必要对只是进行进一步理解，并且有些问题不但要进一步地理解，并且要不断地改正此前错误思维。本次论文详细地简介了超声波传感器原理、构造、检测方式以及它某些特性。超声波传感器以及单片机是本次设计系统核心器件，只有进一步地理解超声波传感器和单片机工作原理，才干把握以及设计有关操作。只有足够理解超声波传感器运作原理，加上学会了各种放大电路原理与分析，同步还必要掌握单片机开发过程以及如何运用单片机设计有关电路模型办法。通过本次设计，我不但对专业知识更加纯熟，较好将理论与实际结合起来，同步还学会了怎么才干更好运用知识和寻常生活相结合，最后我还学会了如何去培养咱们创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。我懂得了学习重要性，学会了坚持和努力，这将为后来学习做出了最佳榜样！挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一种非常美好回忆！本课题所研究超声波测距仪在控制成本前提下保证了一定测量精度，然而依然存在着诸多局限性与问题。参照文献[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报，.[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京：高等教诲出版社，.[3]余锡存单片机原理及接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，.[4]唐桃波,陈玉林.基于AT89C51智能无线安防报警器[J].电子设计应用，，5(6)：49～51.[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，.[6]薛均义张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安：西安交通大学出版社，.[7]徐爱钧,彭秀华.单片机高档语言C51应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，.[8]康华光.电子技术基本（模仿某些）[M].北京：高等教诲出版社，.[9]胡寿松.自动控制原理（第五版）.北京：科学出版社，.[10]唐俊翟.单片机原理与应用.北京：冶金工业出版社，.4.[11]马建国.电子系统设计.北京：高等教诲出版社，.1.[12]李戈，孟祥杰，王晓华，王重秋.国内超声波测距研究应用现状[J].第4期:1-2[13]阎石.数字电子技术基本[M]，第四版.北京：高等教诲出版社，1998.[14]PeterHauptmann，RalfLucklum，BerndHenning.UltrasonicSensorsforProcessControl.SensorsUpdate.1998,3：163-207[15]秦旭.用LM92温度传感器补偿高精度超声波测仪.电子产品世界.,6:58-59[16]苏炜,龚壁建,潘.超声波测距误差分析.传感器技术.,23(6):8-11[17]TheodoreF.BogartJr,JeffreyS.Bersley,GuillermoRico.ElectronicDevicesandCircuits,6thed..[18]杨志忠.数字电子技术.北京：高等教诲出版社.[19]常太华,苏杰,田亮.检测技术与应用.北京:中华人民共和国电力出版社，[20]TomR.Watt.Coolingourtomorrowseconomically，ASHRAEJournal. 附录一：程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"eepom52.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//数码管段选定义012345 6 7 8 9 ucharcodesmg_du[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff}; //断码//数码管位选定义ucharcodesmg_we[]={0xe0,0xd0,0xb0,0x70};uchardis_smg[8]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8};sbitsmg_we1=P3^4; //数码管位选定义sbitsmg_we2=P3^5;sbitsmg_we3=P3^6;sbitsmg_we4=P3^7;sbitc_send=P3^2; //超声波发射sbitc_recive=P3^3; //超声波接受ucharflag_hc_value；//超声波中间变量sbitbeep=P2^3；//蜂鸣器IO口定义bitflag_key_b_en,flag_key_set_en；//按键蜂鸣器使能ucharsmg_i=3；//显示数码管个位数bitflag_300ms;bitkey_500ms;longdistance; //距离uintset_d; //距离bitflag_csb_juli；//超声波超过量程uintflag_time0；//用来保存定期器0时候//按键IO变量定义ucharkey_can; //按键值变量ucharzd_break_en,zd_break_value；//自动退出设立界面ucharmenu_shudu=10；//用来控制连加速度bitflag_lj_en; //按键连加使能bitflag_lj_3_en; //按键连3次连加后使能加数就越大了ucharkey_time,flag_value；//用做连加中间变量ucharmenu_1；//菜单设计变量uchara_a;/***********************1ms延时函数*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/***********************解决距离函数****************************/voidsmg_display(){ dis_smg[0]=smg_du[distance%10]; dis_smg[1]=smg_du[distance/10%10]; dis_smg[2]=smg_du[distance/100%10]&0x7f; }/******************把数据保存到单片机内部eepom中******************/voidwrite_eepom(){ SectorErase(0x); byte_write(0x，set_d%256); byte_write(0x，set_d/256); byte_write(0x2058，a_a); }/******************把数据从单片机内部eepom中读出来*****************/voidread_eepom(){ set_d=byte_read(0x); set_d<<=8; set_d|=byte_read(0x); a_a=byte_read(0x2058);}/**************开机自检eepom初始化*****************/voidinit_eepom(){ read_eepom(); //先读 if(a_a!=1) //新单片机初始单片机内问EEPOM { set_d=100; a_a=1; write_eepom(); } }/****************独立按键解决函数********************/voidkey(){ staticucharkey_new=0,key_old=0,key_value=0; if(key_new==0) { //按键松开时候做松手检测 if((P2&0x07)==0x07) key_value++; else key_value=0; if(key_value>=5) { key_value=0; key_new=1; flag_lj_en=0; //关闭连加使能 flag_lj_3_en=0; //关闭3秒后使能 flag_value=0; //清零 key_time=0; write_eepom(); } } else { if((P2&0x07)!=0x07) key_value++；//按键按下时候 else key_value=0; if(key_value>=5) { key_value=0; key_new=0; flag_lj_en=1; //连加使能 zd_break_en=1；//自动退出设立界使能 zd_break_value=0；//自动退出设立界变量清零 flag_key_b_en=1；//按键蜂鸣器使能 } } key_can=20; if(key_500ms==1) //连加 { key_500ms=0; key_new=0; key_old=1; zd_break_value=0; } if((key_new==0)&&(key_old==1)) { switch(P2&0x07) { case0x06：key_can=3；break; //得到k2键值 case0x05：key_can=2；break; //得到k3键值 case0x03：key_can=1；break; //得到k4键值 }// dis_smg[3]=smg_du[key_can%10]; } key_old=key_new; }voidsmg_we_switch(uchari){ switch(i) { case0：smg_we1=0；smg_we2=1；smg_we3=1；smg_we4=1；break; case1：smg_we1=1；smg_we2=0；smg_we3=1；smg_we4=1；break; case2：smg_we1=1；smg_we2=1；smg_we3=0；smg_we4=1；break; case3：smg_we1=1；smg_we2=1；smg_we3=1；smg_we4=0；break; } }/***********************数码显示函数*****************************/voiddisplay(){ staticuchari； i++; if(i>=smg_i) i=0; // P1=0xff; //段选 // P3=0xf0|(P3&0x0f)；//位选// P3=smg_we[i]|(P3&0x0f)；//位选 smg_we_switch(i); P1=dis_smg[i]; //段选 }voiddelay(){ _nop_()； //执行一条_nop_()指令就是1us _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()； _nop_()；}/*********************超声波测距程序*****************************/voidsend_wave(){ c_send=1; //10us高电平触发 delay(); c_send=0; TH0=0; //给定期器0清零 TL0=0; TR0=0; //关定期器0定期 flag_hc_value=0; while(!c_recive); //当c_recive为零时等待 TR0=1; while(c_recive) //当c_recive为1计数并等待 { flag_time0=TH0*256+TL0; if((flag_hc_value>1)||(flag_time0>65000))//当超声波超过测量范畴时，显示3个888 { TR0=0; flag_csb_juli=2; distance=888; flag_hc_value=0; break; } else { flag_csb_juli=1; } } if(flag_csb_juli==1) { TR0=0; //关定期器0定期 distance=TH0; //读出定期器0时间 distance=distance*256+TL0; distance+=(flag_hc_value*65536);//算出超声波测距时间 得到单位是ms distance*=0.017；//0.017=340M/2=170M=0.017M算出来是米 if(distance>350) //距离=速度*时间 { distance=888; //如果不不大于3.8m就超过超声波量程 } }}/*********************定期器0、定期器1初始化******************/voidtime_init() { EA=1; //开总中断 TMOD=0X11; //定期器0、定期器1工作方式1 ET0=1; //开定期器0中断 TR0=1; //容许定期器0定期 ET1=1; //开定期器1中断 TR1=1; //容许定期器1定期 }/****************按键解决数码管显示函数***************/voidkey_with(){ if(key_can==1) { menu_1++; if(menu_1>=2) { menu_1=0; } if(menu_1==0) { menu_shudu=20; dis_smg[0]=smg_du[distance%10]; dis_smg[1]=smg_du[distance/10%10]； dis_smg[2]=smg_du[distance/100%10]&0x7f; smg_i=3; } if(menu_1==1) { menu_shudu=1; dis_smg[0]=smg_du[set_d%10]; dis_smg[1]=smg_du[set_d/10%10]； dis_smg[2]=smg_du[set_d/100%10]&0x7f; dis_smg[3]=0x88; smg_i=4; } } if(menu_1==1) //设立高温报警 { if(flag_lj_3_en==0)//三次连加加快 menu_shudu=10；//500ms加减一次 else menu_shudu=1；//250ms加减一次 if(key_can==2) { set_d++; //按键按下未松开自动加三次 if(set_d>350) set_d=350; dis_smg[0]=smg_du[set_d%10]; //取小数显示 dis_smg[1]=smg_du[set_d/10%10]；