基于ATS的超声波测距系统的.docVIP

学号： 14082500075 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 向杰 届 别 2012 学 院 物理与电子学院 专 业 电子科学与技术 指导老师 梅孝安 职 称 副教授 完成时间 2012.05  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 1.1 研究背景及意义 1 1.2 超声波测距的原理概述 1 1.3 研究内容及论文结构 2 第二章 系统总体设计 4 2.1方案设计及论证 4 2.1.1 控制器的选择 4 2.1.2 超声波传感器选择 4 2.1.3 测温传感器选择 5 2.1.4 显示子系统选择 5 2.2 系统总体设计 5 第三章 系统硬件设计 7 3.1 单片机控制电路设计 7 3.2 超声波发射及接收电路设计 8 3.2.1 超声波发射电路的设计 8 3.2.2 超声波接收电路的设计 10 3.3 温度检测电路设计 10 3.4 LED数码管显示电路设计 11 3.5电源电路设计 12 第四章 系统软件设计 13 4.1 系统的算法设计 13 4.2 主程序设计 13 4.3 定时器T1中断服务子程序设计 14 4.4 外部中断INT0中断服务子程序的设计 16 4.5 DS18B20测温程序设计 16 4.6显示程序设计 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 1.1 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。 1.2 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，