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1、精选优质文档-倾情为你奉上江苏经贸职业技术学院毕业设计（论文）题目： 基于MCS51单片机的超声波测距仪设计 系 (院)信息技术学院专业班级12应用电子学 号学生姓名万小伟校内导师董李江职 称老师企业导师夏国平职 称工程师企业导师潘仕美职 称研究生2015年5月12 日 专心-专注-专业基于MCS51单片机的超声波测距仪设计摘要：伴随着社会的发展，人们的生活质量不断地提高，各个的城市不断地在发展，当然城市的排水系统得到了很大的发展和改进，由于很多的原因和很多的因素，每个城市的排水系统，现在的城市的发展和建设往往忽略一些重要的项目那就是排水系统。所以好多的城市经常出现开挖已经建设好的建筑和工程设
2、施来改进排水系统因此他们忽视到这个问题的严重性。因此，我的论文设计是采用以AT89C51单片机为核心的高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法它还有一个重要的指标那就是低成本一种的设计方法。通过一系列的实验反馈，这个软件设计的非常的合理、低成本、实时性良好，经过开发和研究，因此在许多的方面得到很多的发展和有效的解决一些重要的问题比如在汽车的倒车，建筑的工地上，还有一些重要的工业现场的重要的位置等等。关键词：超声波 测距仪AT89C51The design of ultrasonicrange finder based on MCS51Abstract:With the dev
3、elopment of science and technology, the improvement of peoples standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is de
4、signed to clear the culvert sewage to the core. At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system d
5、esign, hardware and software by the end of each module. Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52目 录第一章 绪论11课题设计的目的和意义论文设计目的；随着社会的不断地发展，电子测量技术得到了长远的展，超声波的精准测量得到了科技人员的重视和研究。随着城市的经济的发展，人们开始广泛的使用电子测量技术，然而以精准著称的超声波走进了人们的生活中，超声波性价比高，功能强开始得到人们的青睐。20HZ的声波我们把它称为超声波。超声波和其他的机械波一样拥有它传播的介质，比如在发生折射及反射现象分界面中
6、的介质里传播，进入介质中传播和不断发生衰减的现象。由于超声波具有这些特种和现象，因此把超声波用来测量距离。通过实验我们知道超声波的准确性非常的高下面我会证明的，在现在我们的生活水平和技术不断的开发，超声波测距技术也是我们不可或缺的一项科技它也融入到我们的生活中。大多数的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，用于倒车，冷库的测量，工程的测量，超声测距是一种非接触检测技术，不会受任何的介质和其他的一些物质受到影响的所以我们可以放心使用，超声波还有一项很重要的性能那就是卫生没有污染，当然除了卫生还有它非常的耐潮湿和耐高温以及对一些环境非常恶劣的情况下和一些腐蚀的气体都不会受到任何的影响。所以具有好
7、多西优秀的特征比如：少污染，可靠高，和寿命长等等。因此矿业、电厂、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等都得到了很大运用。水，糖，和一些我们常喝的饮料中大大的改善我们生活的质量的保证。超声波在各种环境中可以有效地控制距离的准确性还有好的企业直接很好地运用到。因此，因此超声波可以在不同的环境中有着不同的应用和发展。用超声波检测通常快速便捷、方便、计算简单、很容易实现控制等，而且在测量精度方面能达各种企业的发展的要求标准，因此超声波开发减轻人们负担，提高准确性是一项重要的指标，在一些科技馆中我们看到很多的机器人可以准确的避障碍物行走，就是因为机器人内
8、部中装有超声波的准确测距，从而使得机器人很快的获知障碍物的距离，方向等一系列的障碍因素。所以超声波在科技中得到了永久的发展这是一座里程碑。所以超声波上具有的优点在各个行业都有举足轻重的发展，它代表着人类的进步，发展，探知的一个重要的里程碑。1.2超声波测距仪设计思路1.2.1超声波测距原理及方案论证超声波传感器好和测距原理:通过科学家的研究结果表明把超过20HZ频率的声波称之为超生波。通过超声波传感器发出来的声波和接受声波，我们称为超声波换能器或超声波探头。在超声波中我们把它设计为超声波传感器里面拥有发射器和接受器.下面我解释一下超声波传感器的一些重要的原理：我们利用压电的效应原理将压电效应出
9、来的电能和超声波传感器发出的超声波完美的相互转化，因此在发射超声波的时候，则将超声波转化为电能，我们发射超声波的时候在它收回波时，我们就可以把超声波的震动转化为电信号，这也是人类进步的一个标准。我在解释一下超声波测距的原理是什么：超声波测距的原理我们一般采用的是叫渡越时间简称为TOF，首先我们要先测出我们已经发射超声时所遇到的障碍物往返所用的时间t，最后在和超声波所发射的速度相乘即就可以得到障碍物和二倍声源之间的距离。根据要求和研究和它方面的因素，在超声波测距中我们一般都用叫动态扫描的一种重要的方法从来成功的实现出LED的数字显示的功能，而在超声波测距里的结构我们用的是AT89C52的单片机来
10、实现的。原因是单片机的定时器可以完美的完成超声波的驱动信号从而形成超声波的测距仪图1.2.1超声波测距仪的系统框1.2.2超声波测距仪原理框图超声波测距原理图1.2.2所示。超声波发出40kHZ的信号，随后进行放大，在经过超声波发射器输出；超声波接收器可以汲取到超声波发射的信号，继而通过放大器的放大效果，在用锁相电路举行检波处置后，最终驱动单片机的中止流程，继而得出这个时段的时间t，再由其他软件进行识别，从而得出它的距离送到LED。超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机控制显示器 图1.2.2超声波测距仪原理框图第二章 课程的方案设计2.1系统整体方案的设计因为超声
11、波具有指向性强的一个重要的特征，所以在介质中超声波传布的间隔是比较远的，于是在距离的测量上超声波得到了很大的运用。现在在一些农业生产上都可以达到自动化的效果，因为他们有效合理的利用超声波测距的一些重要的指标加以实现自动化的效果比如它设计方便，计算处理简单等等，大大的提高农业生产频率。可以看出超声波在越来越多的领域上的得到发展和升华。使用超声波的放射出和承受超是声波测距的理论，按照超声波流传的时间检测超声波所传布的距离。所以它在很多仪器被运用其中有一种测距仪是将发射波被一些东西反弹回来后吸收的反射波方式。 第三章 51系列单片机的功能特点及测距原理3.1 基于51系列单片机的功能特点我们知道在5
12、l系列单片机中最经典的芯片也就是AT89C2，它一般选用的是40引脚双列直插拼装形式效果，在它的里面是由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时计数器TO和T1，4个8 b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。图3.1该系列单片机引脚与封装5l系列单片机可以供应下列功效：4 kB存储器；256 BRAM；32条工O线；2个16b定时计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。掉电的形式：保留RAM的内容，振荡器停振，抑制芯片所有的其余的功效一直到下一次硬件复位为止。空闲的形式：CPU停止工作，而让RAM、定时计数器、串行口和中止系统不
13、断地进行工作的形式。 3.2单片机实现测距原理 我们知道通过单片机发出超声波测距是不断的检测超声波发射后所遇到额碰撞物障和碍物所折射的回波，因此可以测出发射和回收回波的时间差为tr，最后可以求出它的距离为SCt2，其中的C的定义为为超声波波速。为了限制这个系统的最大可测距离一般存在4个重要的因素：超声波的幅度、反射的质地、反射以及入射声波之间的夹角和接收换能器的灵敏度。为了增加超声波所测量的覆盖范围以及减小测量误差度，所以一般可以采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射和接收的设计方法。它的测量一般和温度有关。图3.2几种温度速度因为有测距时它的温度连续不断的变化可以看出，在通过温度传感器自
14、动探测环境温度下可以知道，肯定要计算距离时候的波速C，以及比较精确地算出该环境下超声波通过的路程，为了提升它的测量精确度。一般在波速确定后的时候，从而测得超声波往返的时间r，即而可以得出距离5。图3.2.1系统原理框在单片机发出短暂的40kHz信号的时候，继而通过放大后通过超声波换能器输出；在反射后的超声波通过超声波换能器作为系统的输入，在锁相环对此信号锁定，由于产生锁定信号启动单片机中断程序，从而得出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示，若测得的距离超出设定范围系统提示声音报警电路报警。3.3超声波测距原理和结构在任何一方向发射超声波的时候，同
15、时开始计时在发射时刻的时候，可以知道超声波在空气中不断的传播和发射，在途中碰到一些的障碍物就立即返回来，超声波接收器立即停止计时。在空气中超声波的传播速度一般为340m/s，根据记录的时间t，则可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，公式为：s=340t/2 。 我们知道超声波易于定向方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波能达到毫米级的测量精度。 在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集
16、成电路都是只有厘米级的测量精度。 3.4超声波检测发射电路 利用555时基电路振荡产生超声波信号它的频率是40HZ，使它的频率与换能器的40kHz固有频率一样555时基具有足够驱动能力是12V的电压。由单片机控制。图3.4超声波发射电路原理图3.5超声波检测接受电路 采用集成电路CX20106A是超声波接收电路，我们经常用的电视机红外遥控接收器。是利用一款红外线检波接收超声波的专业芯片。设计者考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz比较的相近所以利用它我们把它作为超声波检测电路。通过实验证明它具有较强的干扰能力和很高的灵活性。因此适当改变C4的大小，就可以改变接受电路的
17、抗干扰能力以及灵敏度。第四章 系统的软硬件的调试和程序图超声波发射和接收采用15的超声波换能器TCT40-10F1和TCT40-10S1，40HZ是它的主要频率，从而保持在两换能器中心轴线平行并相距48cm。测距仪能测的范围为0.083.00m，测距仪精度1cm。是它的主要性能指标下面是我写的一些程序的清单是用汇编语言编写的超声波测距控制源程序：先采用AT89S52 单片机和 12z晶振显示缓冲单元在，使用内存44H、45H、46H用于计算距离20H用于标志。VOUT EQU P1.0;/脉冲输出端口*中断入口程序*ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP PINT
18、0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG 001BH LJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BH RETI *主程序*START: MOV SP, #4FH MOV R0, #40H;/4043H为显示数据存放单元 MOV R7,#0BHCLEARDISP:MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, #00H MOV TMOD, #21H;/T1为8位自动重装模式 MOV TH0, #00H;/65ms初值 MOV TL0, #00H;/40KHz初值 MOV TH1, #0F2H M
19、OV TL1, #0F2H MOV P0, #0FFHMOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFHMOV R4, #04H；/超声波脉冲个数控制（为赋值的一半）SETB PX0SETB ET0STEB EACLR 00HSETB TR0;开启测距定时器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1;/收到反射信号时标志位为1 CLR EA LCALL WORK；/计算距离子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ；/重新开启测距定时器 MOV R2, #64H ；/测量间隔控制（约4*100=400ms）LOOP
20、: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1*中断程序*;T0中断，65ms中断一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0;/启动计时器T0，用以计算超声波来回时间 SETB TR1;/开启发超声波用定时器T1OUT: RETI;T1中断，发超声波用INTT1: CPL VOUT DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1；/超声波发送完毕，关T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0；/开启接收回波中断RETIOUT:
21、 RETI;外中断0，收到回波时进入PINT0: CLR TR0；关计数器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ；/将计数值移入处理单元 MOV 45H, TH0 SETB 00H；接收成功标志 RETI*延时程序*DL1MS: MOV R6, #14HDL1: MOV R7, #19H DJNZ R6, DL1 RET*显示程序*DISPLAY：MOVR1, #40H;GMOVR5,#0F7H;GPLAY:MOVA, R5MOVP0, #0FFHMOVP2, AMOVA, R1MOVDPTR, #TABMOVCA, A+DPTRMOVP0,
22、 ALCALL DLIMSINCR1MOVA, R5JNBACC.0, ENDOUT;GRRAMOVR5, AAJMPPLAYENDOUT; MOVP2, #0FFHMOVP0, #0FFHRETTAB; DB 0C0H,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*超声波距离的计算程序的公式(=计算值17/1000cm) 一般的WORK: PUSHACCPUSH PSW PUSH BMOVPSW, #18HMOVR3, 45HMOVR2, 44HMOVR1, #00D M
23、OVR0, #17DLCALL MUL2BY2MOVR3, #03HMOVR2, #0E8H LCALLDIV4BY2LCALLDIV4BY2MOV40H, R4MOVA, 40HJNZJJ0MOV40H, #0AH;/最高位为0，不点亮JJ0:MOVAR0MOVR4, AMOVAR1MOVR5 AMOV R3, #00DMOVR2, #100DLCALLDIV4BY2MOV41H, R4MOVA, 41H JNZJJ1MOVA, 40H；/这个高位为0，最先看看最高位是不是不亮 SUBBA, #0AHJNZJJ1MOV41H, #0AH；/最高位不亮，次高位也不亮JJ1: MOVA, R0M
24、OVR4, AMOVA, R1MOVR5, AMOVR3, #00DMOVR2, #10DLCALL DIV4BY2MOV42H, R4MOVA42HJNZJJ2MOVA, 41H;/这个次高位为0，最先看看次高位是不是不亮SUBBA, #0AHJNZJJ2MOV42H, #0AH；/次高位不亮，次高位也不亮JJ2:MOV43H, R0POPBPOPPSWPOPACCRET *两字节无符号数乘法程序 MUL2BY2:CLRAMOVR7, AMOVR6, AMOV R5, AMOVR4, AMOV46H, #10HMULLOOP1:CLRCMOVA, R4RLCAMOVR4, AMOVA,R5R
25、LCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOV R7, AMOV A, R0RLC AMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, AJNCMULLOOP2MOVA, R4ADDA, R2MOVR4, AMOVA, R5ADDCA, R3MOVR5, AMOVA, R6ADDCA, #00HMOVR6, AMOVA, R7ADDCA, #00HMOVR7, AMULLOOP2:DJNZ46H, MULLOOP1RET*四字节/两字节无符号数除法程序DIV4BY2:MOV46H, #20HMOVR0,#00HMOVR1, #00HDIVLOO
26、P1: MOVA, R4 RLCAMOVR4, AMOVA, R5RLCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOVR7, AMOVA, R0RLCAMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, A CLRCMOVA, R0SUBBA, R2MOVB, AMOV A, R1SUBBA, R3JCDIVLOOP2MOVR0, BMOVR1, ADIVLOOP2:CPLCDJNZ46H, DIVLOOP1MOVA, R4RLCAMOVR4,AMOVA,R5RLCAMOVR5,AMOVA, R6 RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMO
27、VR7, ARET;END总 结由于时间和其他的相关因素我没有做出实物，对此我感到非常的抱歉，但是对我设计超声波的一个很好地理论对此我问心无愧。最终我设计的最终结果是使超声波测距仪能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采
28、用AT89C51或其兼容系列。这个就是我论文的全部把超声波测距完美的体现出来，以及他的结构等等一系列方面。希望大家通过我的论文对超声波有一个全面的认识。致 谢首先，我很感激我的论文导师董李江老师在毕业设计中对我认真负责的指导和严格要求，同时也感谢其他老师对我的帮助和认真的指导。在我写论文期间他们在专业上，生活上，精神上都给我最好的关心和帮助还有支持，真的在我论文期间没有您们的帮助和安慰我想我自己都没有信心和精神去完成这篇论文，谢谢董李江老师的帮助，谢谢同学们的安慰，谢谢家人的关心和关爱，让我知道我不是一个人还有你们我爱大家。在最后的结尾我要很好地感谢我的家人，他们关心支持把还有爱让我很感动，他
29、们把我养育成人供我上学，在生活上，精神上，经济上都给我最好的，而我会一直努力的去报答你们的，另外还有很多很多帮助我的亲人朋友和同学们谢谢你们给我的帮助，在这里我无法一一列举出来，在此也一并表示真心地感谢！参考文献1 胡萍.超声波测距仪的研制.计算机与现代化，2003.102 时德刚，刘哗.超声波测距的研究.计算机测量与控制，2002.10 3 华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002 .54 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社， 1993. 65 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1999.46 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999. 6.