文档介绍：学号:
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毕业论文
题目:
基于AT89S51的超声波测距系统的
设计与实现
作者
届别
学院
物理与电子学院
专业
电子科学与技术
指导老师
职称
副教授
完成时间
摘要
超声波是指频率在20kHz以上的声波,它属于机械波的范畴。随着科技水平的不断提高,超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
本系统采用以AT89s51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。整个电路采用模块化设计,由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。超声波经放大后发射出去,单片机的计时器开始计时,当超声波被反射原路返回后,再经过放大、滤波、整形等环节,被单片机接收,计时器停止计时。用时间乘以速度就得到了测量距离。本系统设有DSl8b20数字温度传感器,能测量环境的温度,以此来校正超声波的速度,使测量结果更准确。本系统硬件和软件设计科学合理,实际测量误差小于3%。
关键词:AT89S51;超声波测距;DS18b20 温度检测
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章绪论 1
研究背景及意义 1
超声波测距的原理概述 1
研究内容及论文结构 2
第二章系统总体设计 4
4
控制器的选择 4
超声波传感器选择 4
测温传感器选择 5
显示子系统选择 5
系统总体设计 5
第三章系统硬件设计 7
单片机控制电路设计 7
超声波发射及接收电路设计 8
超声波发射电路的设计 8
超声波接收电路的设计 10
温度检测电路设计 10
LED数码管显示电路设计 11
12
第四章系统软件设计 13
系统的算法设计 13
主程序设计 13
定时器T1中断服务子程序设计 14
外部中断INT0中断服务子程序的设计 16
DS18B20测温程序设计 16
20
第五章硬件测试及误差分析 21
第六章总结 23
参考文献 24
附录1 :硬件电路原理图 26
附录2 : 源程序 27
第一章绪论
研究背景及意义
随着科技发展,电子测量技术应用越来越广泛,而超声波测量精确高,成本低,性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波,它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律,如在介质的分界面处发生反射和折射现象,在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质,使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高,超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量,适用于建筑物内部、液位高度的测量等。
由于超声测距是一种非接触检测技术,不受光线、被测对象颜色等的影响,较其它仪器更卫生,更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境,具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品(酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品)、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定,可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制,可进行差值设定,直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此,超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求,因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的位置信息(距离和方向)。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点,因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
实际的工作环境对超声波的影响很大,如空气的温度对超声波的速度影响,及供电电源的稳定也会使测量产生很大的误差。本系统通过采用DS18b20对声波的速度进行温度补偿,将温度影响降到最低。而系统的电源是9V电先通过三端稳压芯片7805,然后提供的稳定5V电压。测试表明本系统的精度较高,在厘米级别。
超声波测距的原理概述
发射器对某一方向发射超声波,在发射超声波的同时开始计时,超声波在空气中进行传播,途中如果遇到障碍物就立即返回来,超声波探头收到反射波就立即停止计时。以室温为例,超声波在大气中的传播速度为340m/s,计时器记录的时间为t,就可以计算出发射端到距障碍物