毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计.docVIP

目 录 引言 1 1概况及现状分析 1 1.1概况 2 1.2现状分析 2 2总体设计 2 2.1总体设计要求 2 2.2 总体设计思路 2 3 硬件电路 4 3.1 发射电路 4 3.1.1 声波的介绍 4 3.1.2 物质的声学特性 5 3.1.3 超声波测距原理 5 3.1.3 超声波传感器的原理及本次设计中传感器的选择 6 3.2单片机的选择 9 3.2.1 单片机介绍 9 3.2.2 AT89C51的基本电路 10 3.3温度处理模块 12 3.4报警电路处理模块 13 3.5发射电路处理模块 14 3.6接受电路处理模块 17 3.7显示电路处理模块 18 3.8 整体电路连接图 20 4 软件设计 22 4.1 发射程序 22 4.2 接收程序 23 4.3 显示程序 24 5仿真结果与比较 26 6总结 26 附件 29 超声波测距系统设计 摘要：本次超声波测距器由单片机计时及控制电路、超声波发射电路，超声波检测接收电路、温度时时检测电路、报警警示电路、显示电路等部分组成，采用AT89C51单片机作为计时主控制器，用TCT40—16T作超声波的发射器，用TCT40—16R作超声波的接收器，在接收电路的处理模块采用的是专业的超声波测距处理软件TL852，显示电路采用了74LS244为处理芯片。测距以硬件为基础，软件为核心，整体电路结构简单，成本低廉，操作方便，工作稳定，测量精度达到要求。其设计思路也可以应用于智能安全系统。可在工业控制中得到很好运用。 关键词：超声波 测距 单片机 控制 引言 在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。超声波是指频率大于20 kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。 报警电路 发射探头 AT89C51 温度测量电路 测量探头 显示电路 接收电路 图2—1 设计思路框图 电源电路为单片机提供电源，在实物测量过程中，我们用电脑的USB接口为电路板提供电源，它供电稳定，电路板在最初就考虑用USB为其供电。报警电路用于警示，在设定距离内时，启动报警。温度电路考虑的是温度因素对声速的影响，以提高测量精度要求。显示电路将测量距离时时动态的输出到显示器上，以便观察。发射和接收电路主要用于超声波的接收和发射[3]。且各部工作流程如图2—2所示： 开始 单片机 发射电路工作 温度监测 接收引脚扫描 有回波时 接收完成 显示数据 报警 图2—2各部工作流程为 3 硬件电路 3.1 发射电路 3.1.1 声波的介绍 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等[5]。其频率的界限如图3—1所示。 次声波 声波 超声波 微波 单位： 图3—1声波的频率界限 超声波：高于的机械波。 3.1.2 物质的声学特性 声波在介质中的传播速度取决于介质的密度和弹性特性，而且温度的变化对声速的影响非常明显，温度对声速的影响见表3—1。 表3—1 声速与温度的关系 温度 -30 -20 -10 0 10 20 30 100 速度 313 319 325 333 338 344 349 386 表中的数据得知，温度的升高使得声速变大，且变化明显可见，因此在设计中不得不考虑温度对声音的影响。 物质对声音具有阻抗特性，我们称这种阻抗特性为声阻抗特性，声音在传播中会衰减，就是物质阻抗的作用引起的。不同的物质对声音的阻抗作用是不同的，两种物质的声阻抗特性差越大，则声波的反射强度愈大，例如，气体与金属材料的声阻抗特性之比，接近1：80000，所以当声波垂直入射在空气和金属的界面上时，几乎是百分之百地被反射，这种强烈的反射现象不仅仅出现在空气和金属中，只要介质中存在不同的声阻抗特性物质，运用灵敏度很高的测试仪器就能检测出来，这也正是我们运用声波进行