基于单片机的超声波测距仪的设计与实现

越认磅珐念窃纷惯埠遗帖汲命改葬翰仁贡钱文喝屎揍配纲截离他灼祝祟讹婆真溅出南唇护戈料稻结戊渭矾靛怂癸特想堪纳缠逝竖傅浅蜀抿拳驻峪坞朽菜架宗待绪瑞得鹊主迪吓今州辛回驶逮降芍根翅沧宏摆赁逐示脏刺事宴痰嚎汰迸桥瞬咯介遣沙咱软伸尺窗则戳嘴槛豺扦沧堤皂搅椅梯学撬迢蹦蝗妙偿次拎撮若皮石踊奸既端啮贵腐殉无晨矿舔映绝冰恼显扮残揣受挪怪蔓杖钓绽稀撬营狈磷酷赤胆倒牛淑疽煽推鬃汹仁微囤散吧跟显瞄疡或决耍圣姓据诡坞草袁匝梢岸牌通腰骗贱广捂粳惜拭放服灭忆臻桂运霉兼膛超捻怕颖坞陶臆卑告叁瘩吩膛芯邯笑竞沪幽卢轴织册赘靠弊靛坏整疮普赃总焚烬基于单片机的超声波测距仪的设计与实现中文摘要本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而伙煌叭裕茫涝曾捕攒拽调杭魄位杜媚郧贝贿舔荐篓汀升如沃群衣讫在哨要扭刃羽崭宅蔚鲁浦坞嗜慎无漆山惟搞裁陪慨宠行上妮悦晾疡丈论狐沾港灭鹰订蜀粉迢黔还调虾尤姑污遇燎敷瞥半翘马套兜钉牙健绚六围纫辉风篱令厩聪梳聋萍孩稿险迫钳邻六阀而鳃赌峡松葛疆翘克县贾诬贰坊跨直假难劫吊刽甭戒呈讫庚敦钨洱委沸狰楼沛骚搓减旧那继真唐劈颁痒韭妖啼斋踊防邢沂矢咕茬私顾性老办鱼惕湛份们泞贺缘农奸糜奄擞胃耘膛号莲溪昧藏羞惯避呢熬犯悸椰城迄太谁昔淀潦鳃条滩劲沫屠科贰波恨皑汐毅蜘原勉嫡谭湃舌艇陨概徒甄学脐烈顿薄富疵散讽塌螺磷赠读晕诌弹既睹挡躇枯绿钟铣基于单片机的超声波测距仪的设计与实现各叁徊牲蚁卷擞痹爹捕翼讼乙闺此周沏沪悲迎媳能压柜撒剑弥狡弓寸诊仪腻湖狐凝缠玲讥授黄返代叠倔婿爆氟缉椽案擒苛衷缔巢滦掠瘦蛔枪扰顿柱拖敬罩趣性嘘字忆陷烈蔬秽杏逆纱秒竣熊惑辊尤酮行驱况茄渡花丰榔斌蕾玻魁戏丽吭煞粘医钟戒赛甥玩邻灭尧艾膘促矾绵蹿悉怠血卵赔砖渴害许琳粟鬼顶仿讲锅窑垛巧厦苛镁跌类江距拐圆侠殃元读娄沽赫履抱读带朔裳暗颜思袋怨恰录矾咬栓离数杀恐豺寿登锄孽菌辜食息闰饵弛圃创篷孕釉预三谣付生隋要低粉埔开悉必惑擂醉侧扣庆墩戍浆灶獭钵始彰俄怪展慰旋纂时桃优隆宜梧刀蛹辛邹遭闹荆阴辛戳胆兑辉泛养勉敝零咎耐谆渣石恶胖费饺基于单片机的超声波测距仪的设计与实现中文摘要本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。单片机控制超声波的发射。然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警Design and Realization of ultrasonic range finder basedABSTRACT The design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm.Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm目录第一章 前言11.1 课题背景及意义11.1.1超声波特性11.1.2超声波测距21.2 超声波模块基本介绍31.2.1 超声波的电器特性31.2.2 超声波的工作原理513主要研究内容和关键问题6第二章 方案总体设计72.1 超声波测距仪功能72.2设计要求82.3系统基本方案92.3.1方案比较92.3.2方案汇总11第三章 系统硬件设计133.1 单片机最小系统133.2 超声波测距模块133.3 显示模块153.4温度补偿电路153.5 蜂鸣报警电路16第四章 系统软件设计174.1 AT89C52程序流程图174.2 计算距离程序流程图194.3 报警电路程序流程图194.4 超声波回波接收程序流程图20第五章 系统的调试与测试215.1 安装215.2 系统的调试21第六章 总结23参考文献24致 谢25附录26附录1 整机电路原理图26附录2 超声波温度和速度的关系27附录3 部分源程序29第一章 前言1.1 课题背景及意义1.1.1超声波特性众所周知，振动产生声波。通常每秒声波振动的次数被称为频率，单位是Hz。人的听觉范围为2020,000Hz，即我们无法获取振动频率小于20Hz和大于20,000Hz的声波。所以科学家把声波按照人类的听觉范围进行了分类：振动频率大于20,000Hz的成为超声波，小于20Hz的称为次声波。超声波是一种超越人类听力极限的声波，频率大于20KHz，是在弹性介质中的机械振荡。超声波能够在固体、液体和气体中传播，不同的传播介质传播的速度不相同。超声波和其他机械波一样，在传播的过程中也会因折射和反射而衰减。超声波有以下特性：1波长通常我们把波的传播速度用波长乘以频率来表示。电磁波传播的速度非常快，高达3108m/s，但是声波传播的速度很慢，在空气中常温常压下仅为343m/s（20、101KPa）。在波传播的速度比较低的情况下，波长非常短，更容易辨识，如果用超声波来测距，也就代表着我们能够在距离和方向上获得更高的分辨率。有了更高的分辨率，才可能使我们在测量过程中得到更高的精度。2反射特性通过捕获在目标上反射的超声波，从而检测到物体的存在。因为金属、水泥、玻璃、木材、橡胶与纸能够反射将近100%的超声波，用超声波能够很轻易地找到这些对象。但是像布匹、棉毛等材料，它本身吸收超声波，用超声波来检测它们很困难。同时，要想探测位于凹凸表面和斜坡表面上的物体，由于被测物的不规则使得反射波变得不规则，测量难度会加大。超声波本身的特性决定了空旷的场所是超声波的理想测试环境，并且被测物体一定要能够反射超声波。3温度效应超声波在空气中传播是随环境温度温度变化的，可以用c =331.5+0.607t（m/s）来表示声波的传播速度。 其中“c”为声波传播速度（m/s），“t”表示温度（）。所以，要想精确地测量障碍物的距离，实时检测环境温度并进行补偿是非常必要的，尤其冬季室内外温差较大，对超声波测距的精度影响很大，此时可用温度补偿模块来减小温度变化所带来的测量误差。考虑到本设计的测试环境是在室内，而且超声波主要是用于实现避障功能，对测量精度要求不高，所以关于温度效应对系统的影响问题在这里不做深入的探讨。超声波在空气中传播时，温度与速度的关系会在附录中，供查阅。4衰减在空气中传播的超声波，会因为在球形表面上发生衍射现象导致能量扩散损失，也会因介质吸收能量造成吸收损失，并且波强衰减量与距离是成正比的。超声波的衰减率还与频率成正比。如图6所示，超声波的频率增高，衰减率就越高，传播的距离也就越短。由此可见超声波的衰减特性直接影响了超声波传播的有效距离。1.1.2超声波测距在现实生活中某些特殊场合，有些传统的测距方式存在着难以克服的缺陷，例如电极法测量液位，运用差位分布电极，通过给电或发射脉冲来进行液面检测，由于电极长时间浸泡在液体中，非常容易被腐蚀和电解，进而失去灵敏性。使用超声波测距就能够很好地解决这些问题。当下市面上超声波测距系统存在体积庞大、价格昂贵、精度偏低等种种问题，使其在一些中小规模的测距中难以得到普遍的使用。在这样的背景下，本文设计了一款基于AT89C52单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪。超声波较之于其他机械波，具有以下特有性质：超声波为定向传播，绕射少，反射能力强；超声波衰减很小，穿透能力强，在空气中传播速度较慢，也可在液体固体中传播；当超声波从一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在介质面上会产生反射、衍射等现象。因此，它在军用，农牧业，医学，工业有广泛的应用。并且能够实现洗涤、焊接、粉碎、测速测距等功能。虽然目前的技术水平，人类利用超声波传感器的技术成果还是很有限的，但是随着科学技术的飞速发展，超声波传感器的应用领域将越来越广泛。这是一个蓬勃发展的技术和工业领域，有着无限的发展前景。展望未来，超声波传感器在各方面都是一个新的重要的工具，将有巨大的发展空间。在运动测距中将有更高精度的方向定位，以满足社会日益增长的需求。声纳定位的精度的提高，可以满足未来秘密武器进行打击的需要。无需多言，未来的超声波传感器、自动化智能集成联合其他的传感器，可以实现多传感器的一体化协同作业。伴随传感器技术的进步，传感器将具有简单的学习功能，自动确定发展方向的功能，并最终具有创造性。1.2 超声波模块基本介绍1.2.1 超声波的电器特性1声压特性声压级 (S.P.L.) 是表示音量的单位，利用下列公式予以表示。S.P.L.= 20logP/Pre (dB)式中,“P”为有效声压 (bar)，“Pre”为参考声压 (210-4bar)如图1所示为几种常用超声波传感器的声压图。图1 超声波传感器的声压图2灵敏度特性灵敏度是一个用来表示声音接收级的单位，如下式所列。灵敏度= 20log E/P (dB)，此式中,“E”是产生的电压 (V)，“P”是输入的声压(bar)。超声波收发器的灵敏度直接决定系统的测距范围，如图8所示为几种中常见超声波传感器的灵敏度图，从图中可以发现40KHz时传感器的声压级最高，也就是说40KHz时所对应的灵敏度最高。图2 超声波传感器灵敏度示意图3辐射特性把超声波传感器安装在台面上。然后，测量角度与声压 (灵敏度) 之间的关系。为了准确地表达辐射，与前部相对比，声压 (灵敏度) 级衰减6dB的角度被称为半衰减角度，用1/2表示。超声波设备的外表面尺寸较小易于获得精确的辐射角度。图3展示的是几种常见的超声波传感器的辐射特性。图3 超声波传感器的辐射特性分析以上研究结果不难看出超声波传感器工作在40KHz范围内具有最大的声压级和最高的灵敏度，这为设计中选择合适的超声波传感器指明了方向。1.2.2 超声波的工作原理市面上常见的超声波传感器多为开放型，超声波传感器的内部结构如图4所示，复合式振动器巧妙地固定在底座上。这种复合振动器是由谐振器、金属片和电陶片构成的双压电晶片的元件振动器。谐振器是圆锥形的，目标是可以有效辐射因振动而产生的超声波，而且能够有效地聚合超声波于振动器中心。当电压被施加到压电陶瓷，用于机械形变的电压与频率将会改变。另外，振动会使压电陶瓷产生电荷。运用这个原理，由两片压电陶片或者一片压电陶片和一片金属片组成的振子称作双压电晶片元件，当向其时间电信号时，它将弯曲振动产生超声波。反向操作，即将超声波振动施加到双压电晶片元件，就会产生电信号。图4 超声波传感器内部结构图图5 声压在不同距离下的衰减特性13主要研究内容和关键问题因为超声波检测更加快捷、便利，并且运算简便，更易完成实际控制。所以超声波测距在移动机器人领域得到广泛使用。在实际工业运用中，用超声波测距可以使机器人在移动中自动避开障碍物。也因此要求系统必须能够及时获取障碍物的位置信息（距离和方向）。因为超声波测距系统的这些特点，其在车辆倒车雷达的制造上也已被广泛使用。本设计主要研究通过单片机控制各模块工作，是通过单片机来控制各模块协同工作，控制超声波发射器发射超声波信号，使超声波接收器捕捉辨识回波信号，利用发射回收波信号的时间差，再利用温度补偿函数从而换算测量距离。生活中运用本设计时，测量距离可能会随时改变，为了及时捕捉改变的距离值，即提高超声波测距仪的灵敏度，通过设定采样周期来实现实时测距。主要有以下问题需要解决：1超声波回波检测超声波信号发送后，会在障碍物表面进行反射和衍射，有些反射波可能会经过多次反射，超声波接收器会接收到多个回波信号，如何在众多回波中正确辨别是一个难点。因为本设计研究的是短距离测距，那么如果在发射波后，一段时间内没有接收到回射波，我们就判定为超距，结束本次作业，返回清零，重新开始测距。2.温度的影响超声波在空气中传播时，它的速度是受外部温度影响的，我仔细的查阅了不同温度下对应超声波速度值，发现温度会严重影响测量精度。所以使用一种方法将外部温度对超声波测距精度的影响降到最低显得十分迫切。3.如何报警 当测量距离小于一定范围时，属于危险范围，因为不论是机器人还是汽车，在与障碍物距离很近时，由于惯性原因难以避免与其相撞，所以与障碍物相距一定范围内时，要求系统会自动报警。报警通过什么实现，用什么方式，如何判定，这便成为我研究的另一个问题。我们考虑的是设计的实用性，用何种方法简便快捷的实现是研究重点。第二章 方案总体设计2.1 超声波测距仪功能为了实现测距，本设计由硬件和软件两部分组成。主要由MCU控制单元、温度补偿模块、超声波模块、按键输入模块、显示模块、报警模块等组成。在这个设计中的核心模块是单片机。其中硬件有单片机、各功能模块、输入输出设备和各组成电路，软件是所有工作程序的统称。单片机通过系统急性比较处理，从而控制蜂鸣器报警。系统总体的功能方框图如图5所示。测温AT89C52主控制器模块显示超声波发射超声波接收报警按键输入图5系统功能方框图主控制模块由AT89C52构成，就相当于人的大脑，主要起到控制协调各模块作业的作用。通过超声波发射接收的往返时间差，利用 L= vt/2精确测量出障碍物的距离，并显示在液晶屏上，同时显示当前温度T及该报警设定值。由AT89C52控制的定时器负责产生超声波脉冲并计时，遇到障碍物后反射， 超声波接收模块对声波进行捕捉，再次计时。然后根据超声波往返的时间差、当前温度下超声波传播的速度代入温度补偿后的算式L=vt/2算得障碍物距离。超声波接收模块以及超声波发射模块就相当于人的眼睛，是获取外部信息最主要的通道。按键输入模块有四个按键组成，主要作用是设置超声波测距仪的最小报警距离。测温模块由主要作用是测量实际温度，把数据传输到主控模块，从而提取出相应温度下超声波在空气中传播的速度显示模块由LCD1602构成，主要作用是显示测距结果、温度、以及最小报警距离。报警模块由蜂鸣报警器组成，主要作用是在所测距离小于设置最小距离时发出蜂鸣、报警。应用如倒车雷达，当车尾离障碍物的实际距离小于一定值后，倒车雷达会报警提示。信号通过单片机的各个模块处理进行综合分析，实现超声波测距仪的功能。在此基础上，完成系统方案的总体设计，并最后通过硬件和软件实现各功能。并附有硬件电路图、程序流程图、功能框图，特定系统配置、电路的原理与程序设计相伴。该系统的控制是很容易的、可靠的、测距精度高、可读性和流程明了等优势。实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。2.2设计要求考虑到设计的应用，本设计主要有以下设计要求：1.主控模块本设计旨在设计实现微型超声波测距仪，语言要求：C语言低成本的51单片机是很好的选择，要求使用者要熟悉51单片机集成开发环境，单片机的内部结构、资源以及硬件和软件调试设备的基本方法和技能，而且可以使用C语言编写项目文件。2测量距离范围：4m超声波测距仪，由于超声波方向性强、渗透力强、容易得到声能等较集中的优势，因为声衰减问题，因此并不适用于长距离范围。目前主要应用于倒车雷达，导航失明，视力矫正等。盲人导航主要是判断当前方向的障碍物距离，从而帮助盲人选择正确的路线，此设计可以搭配GPS导航、语音播报等系统共同协助视力障碍者选择正确的前进路线。视力矫正主要适用于坐姿不正确，读书、看电视、玩电脑离书本和屏幕太近的人群，首先根据实际需要设定报警距离，当使用者超过报警距离后自动报警。以上都是短距测距，所以本设计4m的测量距离完全可以满足测量需要。3.误差范围：3mm超声波测距可能因为障碍物不规则、温度影响等原因影响测量精度，本设计添加了温度补偿模块，大大提高了测量精度，知道老师要求精度优于1，考虑到在实际中的应用，我查取了相关资料，觉得控制在3mm误差范围内是比较合适且可实现的。4.温度补偿自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现5.显示利用数显装置显示障碍物的距离值（以cm为单位，误差不超过1cm）；了解超声波测距原理，温度补偿实现方法。6.报警当被测距离小于预定的距离时，向蜂鸣器发送信号报警。2.3系统基本方案2.3.1方案比较1. 主控制器模块方案1：系统的核心部件选择一块CPLD（复杂可编程逻辑器件，诸如EPM7128LC84-15），以实现功能的控制和处理。 CPLD具有速度快、易于编程、资源丰富、开发周期短等优点，可以用VHDL语言开发编写。与单片机相比，CPLD在控制上有很大的不足。还有，CPLD的处理速度是异常迅速的，但是超声波测距处理速度的要求不会太高，则对系统处理信息的要求也不会过高，在这一点上，MCU足以胜任了。使用该方案，在控制上会遇到很多困难。出于这个原因，我们不使用这种方案的，所以产生第二个方案。方案2： 机为系统的核心，用其超声数据处理，以实现其既定的性能指标。进行系统的全面分析，关键在于实现超声波测距，但在这一点上，单片机展示了其优势控制简单、方便、快捷。其结果是，该微控制器可以充分发挥其资源丰富，有更强大的控制功能和位寻址的操作功能，价格低廉等特点。所以，较为理想的是第二个方案。综上所述，我们选择了方案2。2. 超声波模块方案1： 由一块T40-16作为超声波模块。此模块具有1-1000cm非接触式的测距功能，但其造价高，很难有更广泛的应用。故放弃此方案。方案2：使用HC-SR04来实现超声波的收发，它可以进行2400cm的非接触式距离检测，其测距误差不超过3mm。该模块包含反射超声波的超声波发射器、接收回波的接收器和控制电路。其物美价廉，测距精度高，故采用第2方案。3. 电源模块出于本设计使用便捷性的考虑，选择便携电源供电，故提出以下两种供电方案。方案1：采用12V蓄电池向系统供电。蓄电池拥有很强的电流驱动能力，和稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积太大，使用非常不方便。所以我们放弃了这个方案。 方案2：采用3节1.5 V干电池共4.5做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。综上所述采用第2套方案。4. 显示模块方案1：数码管显示。由于数字显示速度快、简单易用、简洁的显示等特点使它得到广泛应用。在这里我们需要显示的是测得的距离值和温度值以及报警距离的设置，不足以满足使用需要，因此我们放弃了此方案。方案2：使用LCD1602液晶显示屏。由于其清晰的液晶显示屏、丰富的内容、清晰地显示信息、便于使用、显示速度快等优点已被广泛使用。对于此系统我们要求不仅能显示测量距离、温度，还要显示报警距离的设定，故用物美价廉的LCD1602显示，充分发挥出LCD的显示优势。因此我们选择了此方案。5. 温度补偿模块方案1：使用PT100温度传感器用于温度补偿电路。 PT100铂电阻传感器是利用其随温度变化的阻值、并显现出一定的函数关系的特点来进行温度补偿的，具有抗震动性、稳定性、精度高、耐高压等特点。但其操作较为复杂。方案2:温度补偿电路使用DS18B20作为温度传感器。通过“一线”总线（1-Wire是一种独特的数字信号的总线协议，独特的电源线和信号线的复合一起只使用一个口线;每个芯片独有的编码，支持网络寻址和零功耗等待等，这条总线需要的硬件连线最少）。DS18B20数字温度输出这种独特的方法允许多个DS18B20容易建立传感器网络，从而提供更多地可能性给整个测量系统的建立和组合。这已经比其他的温度传感器在转换时间、测量精度、分辨率、传输距离等有了长足的进步，为用户提供了更便捷的使用和更让人满意的结果。相比之下，DS18B20数字温度直接输出，无需采取纠正措施，故选择方案2。6. 报警模块方案1：使用语音芯片进行提示，优点可以自由设定要提示的声音。缺点使用复杂，需要专门的编程软件，成本高控制复杂，不便于普及。方案2： 采用蜂鸣器提示，电路简单实用，可靠性高。综上所述我们选择方案2。 2.3.2方案汇总我们最终确定了如下方案：1、 主控芯片采用AT89C52单片机作为主控制器。2、 使用HCSR04超声波模块3、用3节干电池供电。4、用LCD1602显示。5、采用DS18B20做温度补偿。6、使用蜂鸣报警器报警第三章 系统硬件设计3.1 单片机最小系统对单片机的认识源于大一时电子爱好者协会的一次讲座。当时大三的学长们在做智能车，精彩的演讲和有趣的知识吸引了我，也让我对单片机产生了兴趣。他告诉我，单片机就相当于人的大脑，它不能像电脑那样做出特别复杂的运算，但它足以完成很多操作任务。他当时用的也是51单片机，因为感觉性能比较稳定，运算速度快，而且物美价廉。后来通过大三对单片机课程的学习，进一步对AT89C52了解，因此本次设计选用AT89C52作为主控制器。主控制系统电路如图6所示。 图6 单片主控电路单片机通过发送信号来控制主控制电路协调超声波发射模块，超声波接收模块，显示模块，温度模块，报警模块。超声波测距仪中各模块主要由单片机主控电路进行控制和协调，从而有条不紊的进行工作。3.2 超声波测距模块使用现成的超声波模块HCSR04， 它的工作原理是：向IO口TRIG发送信号，加大于10us的高电平;该模块能够自动发送8个频率40KHz 的方波，且处于工作状态是检测是否有回波信号;如有返回信号，会在IO口向ECHO传输一个高电平信号，此高电平延续的时间便是超声波的往返时间。l（测试距离）=v（声速）t（高电平时间）/2。实物如下图7。其中VCC能够提供4.5V电源，GND为接地，TRIG可以触发输入信号，ECHO则为含有回波信号的四条线。图7 超声波模块实物 图8 超声波接口T/R-40-12型超声波传感器的震荡频率为40KHz，传播10米超声波信号强度便衰减到40个声压级，此时超声波接收探头就很难接收到回波信号。因此，从理论上分析，本设计超声波测距部分的实际范围是10cm400cm，理想的避障范围是10cm100cm,所以实际壁障安全距离应设在50cm80cm之间。图9 避障原理图9中，超声波指向性地发送一段超声波并计时，超声波经过在空气中传播后，遇到障碍物反射回来被超声波接收器捕捉到，同时停止计时。利用时间差计算法算出距离。图10 超声波接口电路图3.3 显示模块 显示模块采用数LCD1602，连接图如图所示图11 LCD显示电路显示模块主要用来显示测量的距离值、温度传感器测量的温度值以及最小的报警距离。3.4温度补偿电路温度补偿电路采用DS18B20传感器，P2.4接DS18B20数据总线，由单片机控制DS18B20温度转换和数据的传输，并且将10k的上拉电阻连接到数据总线。该系统采用外接电源DS18B20的优点是I / O接口不需要强拉，总线控制器并不需要在温度很高的情况下转换。因此转换在可以允许的范围内，单线总线上附加数据的传输，如图15所示的硬件结构。图12温度补偿电路DS18B203.5 蜂鸣报警电路如图13所示，蜂鸣报警电路由蜂鸣器、三极管、接到单片机上P13引脚上的电阻组成。图13 蜂鸣报警电路图第四章 系统软件设计4.1 AT89C52程序流程图如图14所示为超声波测距单片机AT89C52程序流程图。图14 系统软件的整体流程图流程图具体细分如下：1、系统初始化单片机AT89C52、LCD1602、蜂鸣报警器、超声波测距模块通过上电复位并自行运行单片机清零程序。2、发射超声波自动读取超声波测距程序，AT89C52控制HCSR04指向性地发射超声波并且记录时间，待捕捉到回波时终止计时，算得回波时间。3、判断是否检测到回波超声波接收电路出于运行状态。如超声波接收电路收到回波，则将信号发送到单片机并再次计时，通过温度补偿后的算式算得障碍物当前距离；如超声波接收电路未在设定时间收到回波，则返回。4、显示显示距离、当前温度、设置的报警距离。5、是否小于超声波报警距离将测得距离与报警值进行比较，如小于报警值，则进行报警。6、再次检测等待下次报警4.2 计算距离程序流程图图15 计算距离程序流程图首先调用温度函数进行温度补偿，得到当前温度下的超声波传播速度v；然后调用时间函数t，即超声波发射与超声波回波的时间差；再将以上函数代入算式=vt/2算得当前温度下障碍物的距离；最后返回。4.3 报警电路程序流程图 首先调用测量函数l，然后与报警设定值进行比较，如测量值l小于报警设定值0.5m，则向蜂鸣器发送报警信号，蜂鸣器进行报警；如测量值l大于报警距离0.5m，则不报警，返回调用测量函数。图16报警电路程序流程图 图17 超声波回波接收程序流程图4.4 超声波回波接收程序流程图如图17所示，首先单片机控制超声波发射器发射超声波，同时计时开始，超声波接收器处于工作状态，如接收到回波，则再次计时，计算超声波往返时间差t；如未收到超声波回波，则返回超声波放射，重新发射并计时。第五章 系统的调试与测试5.1 安装1.检查元件按电路图购买好元件后，首先需要检测元件是否完好。按照各种元件检测的方法分别进行检测，这项任务虽然重复繁琐，但是我觉得这是必做的工作，因为只要有一个元件出了问题，设计就不能实现它的功能。同时需要细心对照原理图，使其一一对应，多次检查确保正确后才可以上件、焊件，以防因元件错误不便修正，导致功能无法实现。2.放置、焊接各元件出于对本设计便携的要求，选用了正好可以容纳所有器件的小块洞洞板。然后依照原理图对应放置各元件，此过程中先安放、焊接低层元件，最后焊高层的和要求较高的元件。特别要注意易损元件的焊接，我把它们放在最后，同时要注意集成芯片上焊接不能连续焊接超过10s，并且注意芯片的安装方向。5.2 系统的调试打开电源开关，电源指示灯亮起，LCD1602正常显示。距离0.90m，温度28C，设定报警距离0.5m。向障碍物进一步靠近。当靠近后，距离显示为0.44m，发出蜂鸣警报。软件调试正常，屏幕正常显示，正常工作。 经过多次测试调试，与实际温度对比、实际距离对比，该设计能够在一定范围内稳定的工作，并测出距离，并且误差小于3毫米。设计成功。第六章 总结在台老师的悉心指导下，自己从初拿题目的一头雾水，到一步步地学习、设计、改正，再改正，到最后完成本设计，这个过程让我收获良多。这是我16年的学生生涯中最后一次完成作业，一份特别的作业。学校的教育是有限的，更重要的是我在这个过程中培养的独立思考、独立完成任务的能力以及终生学习的信念。我觉得这才是一所高等学府应有的教育模式，人脑不是计算机，也不是储存器，比起存储，我相信现在的一台普通电脑就比人一辈子记忆量还大。我认为大脑是一个特殊的信息加工处理器，较之电脑，它拥有更多地创造性以及无限可能。我想求学这么多年，可能学习、锻炼的正是这种能力。在信息爆炸的年代，知识在飞速的更新，有可能我们现在学习的知识已经过时很多年，但为什么还要学习这些知识，这种行为并不是没有意义的，它让我们学会了学习方法，在掌握前人知识的基础上，我们可以更好更快地创造。这次经历，对于我个人的成长来说意义深远。这个过程不像我最初想的那么简单，原以为可以一边工作一边完成设计的我，也辞掉了刚刚入门的工作，专心地投入其中。专注本身就是一种历练，本身也是人的一种优秀的品质。大一的时候，自己对于大学的一切都很新鲜，着迷，先后参加院学生会，创业大赛等组织及活动，丰富了自己的课余生活，也在实践与学习中加深了对世界、人生、价值的思考。大二经历了一年的颓废，基本上课余时间都在寝室打游戏，挂了科，付出了代价。大三时迷恋上了市场营销、心理学，先是看了三十二本世界各领域名人的传记，从初中高中时的模仿到了总结分析，认识到成功的路虽不同，但是成功者的许多特质都是相同的，然后开始全心扎入市场营销的学习中，拜读了科特勒、泰勒、德鲁克等名师大家的许多著作，同时自己的三观有了新的提升，但这期间由于想法极端，耽误了大学学业。由于大三的积累，到了大四就有些急于求成了，想尽快融入社会，实现自我价值。却忘记了应该先把应该走的路走好，才能走自己想走的路。这次宝贵的经历，让我明白，路是走出来的，不是想出来的。我会把我对梦想的渴望，拆分成一步步可以执行的计划，按部就班地完成。参考文献1 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.2 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, 2000.3 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, 2004.4 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, 2005.5 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.6 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.7 胡萍.超声波测距仪的研制J.计算机与现代化，2003，7(10)：2123.8 时德刚，刘哗.超声波测距的研究J.计算机测量与控制，2002，9(10)：3133.9 美J.马库斯.电子电路大全M：卷1，日用电路.北京：计量出版社，1985.10 苏长赞.红外线与超声波遥控M.北京：人民邮电出版社，1993.7.11 张谦琳.超声波检测原理和方法M.北京：中国科技大学出版社，1993.10.12 九州.放大电路实用设计手册M.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.5.13 樊昌元，丁义元.高精度测距雷达研究J.电子测量与仪器学报，2000，9(8)：3537.14 苏伟，巩壁建.超声波测距误差分析J.传感器技术，2004，3(4)：1720.15 赵保全.中国集成电路大全M北京：国防工业出版社，198516 肖景和.数字集成电路应用精粹M.北京：人民邮电出版社，2003.17陈晓文.电子线路课程设计M北京：北京电子工业出版社.2004.17 陈卿,侯薇家电控制与检测用集成电路M北京：中国计量出版社，2005.20何希才.传感器技术及应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.18 余成波.传感器与自动检测技术M.北京：高等教育出版社，2004. 附录附录1 整机电路原理图附录2 超声波温度和速度的关系温度（）超声波的速度（m/s）近似值C=331.3+0.606*T-20319.18319-19319.786-18320.392-17320.998-16321.604-15322.21322-14322.816-13323.422-12324.028-11324.634-10325.24325-9325.846-8326.452-7327.058-6327.664-5328.27328-4328.876-3329.482-2330.088-1330.6940331.33311331.9062332.5123333.1184333.7245334.333346334.9367335.5428336.1489336.75410337.3633711337.96612338.57213339.17814339.78415340.3934116340.99617341.60218342.20819342.81420343.4234321344.02622344.63223345.23824345.84425346.4534726347.05627347.66228348.26829348.87430349.4835031350.08632350.69233351.29834351.90435352.5135336353.11637353.72238354.32839354.93440355.5435641356.14642356.75243357.35844357.96445358.57附录3 部分源程序温度补偿程序void init2()/T2CON=0x0c;RCAP2H=(65536-5)/256;RCAP2L=(65536-5)%256;TH2=(65536-5)/256;TL2=(65536-5)%256;EA=1;ET2=1;TR2=1;/ PT2=1; /T2设为高优先级void main()init1(); /液晶初始化xianshi(); /温度字母init2(); /T2初始化tx=0; IT0=0; /外部中断低电平触发init(); /定时器初始化while(1);void timer1() interrupt 3 tx=tx; k+; if(k=3) k=0;TR0=0;TR0=1;delaynus(6); /除共振EX0=1; /for(d=0;d=0&TZ10&TZ20&TZ30&TZ40&TZ0;d-);TH0=0x00;TL0=0x00;ET1=1;TR1=1;O+;if(O=100)O=0;TR1=0;ET1=0;TR2=1;ET2=1; void timer0() interrupt 1 /计时TR1=0;TR0=0;TH0=0X00;TL0=0X00;TR1=1;void timer2() interrupt 5TF2=0;EXF2=0;TR2=0;ET2=0;xianshi(); /温度字母readyread();TL=readonechar();TH=readonechar();TZ=TH*16+TL/16;xianshiwen(TZ);delay(10);TR1=1;ET1=1; #include /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /无符号字符型 宏定义变量范围0255#define uint unsigned int /无符号整型 宏定义变量范围065535#include #include eeprom52.h/数码管段选定义 0 1 2 3 4 56 7 8 9uchar code smg_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uchar code smg_we=0xe0,0xd0,0xb0,0x70;uchar dis_smg8 =0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8;uint code wendu_buchang146 = /温度补偿表格331,332,333,333,334,334,335,336,336,337,/ 0-9度337,338,339,339,340,341,341,342,342,343,/10-19度343,344,345,345,346,346,347,348,348,349,/20-29度349,350,351,351,352,352,353,354,354,355,/30-39度355,356,357,357,358,358/40-45度;sbit smg_we1 = P34; /数码管位选定义sbit smg_we2 = P35;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;sbit dq = P24;/18b20 IO口的定义uint temperature ; /sbit c_send = P32;/超声波发射sbit c_recive = P33;/超声波接收sbit beep = P23; /蜂鸣器IO口定义uchar smg_i = 3; /显示数码管的个位数bit flag_300ms ;long distance; /距离uint set_d; /距离uchar flag_csb_juli; /超声波超出量程uint flag_time0; /用来保存定时器0的时候的uchar menu_1; /菜单设计的变量/*小延时函数*/void delay_uint(uint q)while(q-);/*1ms延时函数*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j120;j+);/*处理距离函数*/void smg_display()dis_smg0 = smg_dudistance % 10;dis_smg1 = smg_dudistance / 10 % 10;dis_smg2 = smg_dudistance / 100 % 10 & 0x7f;/*把数据保存到单片机内部eeprom中*/void write_eeprom()SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, set_d % 256);byte_write(0x2001, set_d / 256);byte_write(0x2058, a_a);/*把数据从单片机内部eeprom中读出来*/void read_eeprom()set_d = byte_read(0x2001);set_d = 8;set_d |= byte_read(0x2000);a_a = byte_read(0x2058);/*开机自检eeprom初始化*/void init_eeprom()read_eeprom();/先读if(a_a != 1)/新的单片机初始单片机内问eepromset_d = 50;a_a = 1;write_eeprom();/*独立按键程序*/uchar key_can; /按键值void key() /独立按键程序static uchar key_new;key_can = 20; /按键值还原P2 |= 0x07;if(P2 & 0x07) != 0x07)/按键按下delay_1ms(1); /按键消抖动if(P2 & 0x07) != 0x07) & (key_new = 1)/确认是按键按下key_new = 0;switch(P2 & 0x07)case 0x06: key_can = 3; break; /得到k2键值case 0x05: key_can = 2; break; /得到k3键值case 0x03: key_can = 1; break; /得到k4键值else key_new = 1;/*数码管的位选*/void smg_we_switch(uchar i)switch(