超声波测距仪的设计毕业论文设计

1、word摘要随着社会的开展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。还有在很多要时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，一种新的测距方法诞生了非接触测距。超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以与粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大围与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。目前对于超声波准确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的准确测量和控制，物体气孔大小的检测和机械部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断开展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。与其他测距方法相比拟，超声测距具有下面的优点：1超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明与漫反射性差的物体(如玻璃、

2、抛光体)。2超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。3超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。关键词：超声波；测距；电子电路AbstractWith the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method cant finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional m

3、ethod is also difficult to perform a plete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people. At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material scien

4、ce, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in.Along with the puter technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is being more and more importantpared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages:(1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identify transparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body). (2

5、) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and can be used in the dark, dust or smoke, electromagnetic interference is strong, such as toxic bad environment. (3) ultrasonic sensor simple structure, small volume, low cost, technical difficulties small, information processing, simple and reliable easy to miniaturization and integration. Performance optimization; Performance simulation; Automatic exchange optical networkKey Words:Ultrasonic；ranging；electronic circui

6、t / 目录第1章 绪论1课题背景与设计意义11.2 本课题研究的主要容2第2章 系统方案论证42.1 超声波测距仪的设计原理42.2 超声波测距技术选型42.3 控制器选型62.3.1 单片机选型7.2 AT89S51主要性能参数与功能82.4 超声波发生器选型82.5 超声波接收传感器选型92.6 显示单元选型92.7 语音播报电路选型102.8 温度传感器的选型10第3章 系统的硬件结构设计123.1 单片机最小系统123.2 超声波发射电路133.3 超声波检测接收电路153.4 显示单元电路163.5 语音播报电路183.6 电源电路设计20第4章 系统的软件设计22超声波测距仪的算法分析22主程序流程图22超声波发生子程序和超声波接收程序24第5章 系统调试仿真265.1PROTEUS软件简介265.2 仿真调试结果27第6章总结与展望29参考文献30致 谢31附录 程序清单32第1章 绪论利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御与捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物

7、反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。本文阐述的是利用超声波进展一些特殊场合距离测试。1.1 课题背景与设计意义随着科学技术的快速开展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前的急速水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃开展而又有无限前景的技术与产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的开展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向开展，满足日益开展的社会需求。但是，由于历史原因合成时间的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此，箱涵的排污疏通对打城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心局部。控制系统核心局部就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。超声的研究和开展，与媒质中超声的产生

8、和接收的研究密切相关。1883年Galton首次制成超声气哨，其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流，吹动圆形刀口振动形成共振腔，从而产生超声。此后又出现了各种形式的汽笛和液哨等机械型超声换能器。由于这类换能器本钱低，所以经过不断改良，至今仍广泛地用于超声处理技术中。20世纪初，电子学的开展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家Paul Langevin用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并成功地应用于水下探测潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断开展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以与各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型等多种超声换能器1。材料科学的开展，使得应用广泛的压电换能器也由天然压电晶体开展到机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以与塑料压电薄膜(PVDF)2等。产生和检测超声波的频率，也由几十千赫提高到上千兆赫。产生和接收的波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、外表波等。如频率为几十兆赫到上千兆赫的微型外表波都己成功地用于雷达、电子通信和成像技术等方面。利用超声波作为

9、定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御与捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们 听到的超声波(20kHz)以上的机械波)，借助空气媒质传播由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比拟容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程检测、机器人检测和定位、以与流体液面高度测量等。超声波方法在某些方面具有突出的优点：1超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明与漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)；2对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；3超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。因此超声检测法己越来越引起人们的重视，被广泛应用在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面。特别是在空气测距中，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力。1.2 本课题研究的主要容1；具有测量距离数值无线传输功能；实时显示测量的距离，显示格式为：X.XXm。汉字提醒显示：距离在0.40m1.00m，显示“危险距离并用红色LED灯指示；距离在1.00m2.00m，显示“保持距离，并用黄书LED灯指示；距离在2.00m以上，显示“安全距离并用绿色LED灯指示。具有实时语音播报功能，实时播报测量距离数值，格式：X.XXm,实时播报时间间隔10s，实时播报声音清晰明亮、无明显失真，在1m距离处人耳能准确分辨。语音播报要与显示同步。超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作

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