超声波测距仪系统设计(含CAD零件图和装配图)

超声波测距仪系统设计(含CAD零件图和装配图)(毕业论文24900字,cad图10张,答辩PPT)
摘  要
超声波测距在社会生活中已经有广泛的应用如汽车倒车雷达等。本文主要设计了一种基于单片机微处理器的超声波测距仪。该设计以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。
该系统设计是以ATEML公司生产的单片机AT89C2051为核心,具有低成本、高精度、微型化数字显示等优点。论文对超声波测距的可能性进行了理论分析，对超声波测距系统的硬件部分进行了具体设计，编写、调试和运行了相应的软件程序。另外，为保证测量的可靠性和稳定性，设计中采取了相应的抗干扰措施。设计的超声波测距系统可实时将温度通过串口显示在PC机或者其它显示设备上。
该测距仪最大测量距离是20米，精确度是±2cm，它具有成本低、非接触、速度快、精度高、可靠性强、适应性好，操作方便等优点，有着广泛的应用前景。


关键词：超声波；测距系统；单片机

System Design of
an Ultrasonic Distance Measuring 
ABSTRACT
Ultrasonic ranging is widely used in social life, such as backing-car radar and so on. This thesis primarily designs a kind of ultrasonic range finder based on microprocessor. This design can measure certain distance by means of the fixed speed of with reflected wave.
The design is based on chip microcomputer：AT89C51 produced by ATEML, which has advantages of low cost, high accuracy, micro figures display. In the thesis, the possibility of ultrasonic ranging is analyzed theoretically, specific design of the hardware part of the ultrasonic ranging system is carried out and the software programs are written, debugged, and run. In addition, in order to ensure the reliability and stability of the measurement, some anti-jamming measures is taken in the design．The system can display real-time temperature on a PC or other display device through the serial port.
The maximum measuring distance of the range finder is 8 meters with an accuracy of ± 3cm. It has many advantages such as low cost, non-contact, high speed, high accuracy, reliability, adaptability, easy operation, etc., has broad application prospects.

Key words：Ultrasonic ;Ranging system ; Microcontroller

本文主要工作
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。超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。
基于此，本文结合超声波精确测距的需要，分析了影响超声测距精确度的主要因素，进行了系统的硬件和软件设计，来有效提高测距系统的精度。本文设计中尝试使用AT89C51来实现超声波的测量，并结合各外围电路，完成温度补偿，距离显示，共同构成超声波测距系统。

工作流程图
启动超声波测距仪测距时，工作过程如下：
l由单片机发出40KHz的脉冲串，每10个脉冲为一串；
2脉冲串通过超声波发射电路驱动超声波发射换能器发出超声波；
3单片机在发送脉冲的时刻开始计时；
4超声波遇到障碍物后的回波被超声波接收换能器接收，其输出的正弦波经过两级放大；
5再经过电压比较器，下降沿中断信号中断单片机的计时；
6读THOTL0时间值；
7接收实时温度的声波速度值，从串口接收；
8 时间×速度，数据计算；
9显示。

 

目 录
1绪 论    1
1.1 选题的背景与意义    1
1.2 国内外研究现状    2
1.2.1 国外研究现状    2
1.2.2 国内研究现状    3
1.2.3 总结    4
1.3 本文主要工作    4
2总体方案的确定    6
2.1总体设计要求    6
2.2 总体设计    6
2.2.1总体设计思路    6
2.2.2 工作流程图    7
2.3双频超声波测距    8
3 超声波测距仪系统的硬件设计    10
3.1 超声波传感器的选择    10
3.1.1 声波    10
3.1.2 物质的声学特性    10
3.1.3 超声波测距原理    11
3.1.4超声波传感器的选型    12
3.2单片机的选择    14
3.2.1 单片机介绍    14
3.2.2 AT89C51的基本电路    15
3.3电源、温度、显示电路处理模块    22
3.3.1电源处理模块    22
3.3.2温度处理模块    24
3.3.3 显示电路处理模块    25
3.4发射、接收电路处理模块    28
3.4.1超声波发射电路处理模块    28
3.5.2接收电路处理模块    30
3.5 本章小结    35
4超声波测距仪系统的软件设计    36
4.1 软件设计总体框图    36
4.2 软件程序模块化设计    38
4.2.1初始化模块    38
4.2.2中断计时模块    38
4.2.3延时模块    39
4.2.4数据处理模块    39
4.2.5显示模块    39
4.2.6 测温模块    39
4.2.7总程序    40
4.3程序仿真    50
4.3.1发射仿真    50
4.3.2接收仿真    51
4.3.3显示仿真    53
4.4 本章小结    53
5机械支架结构的设计    54
5.1总体设计方案    54
5.1.1 设计目的    54
5.1.2 设计要求    54
5.13 支架结构的确定    54
5.2外部整体结构设计    54
5.3  超声波测距仪的外形设计    56
5.4  主机平台、旋转台及连接台的设计    56
5.5  中杆与可伸出中轴及紧锁装置的设计    57
5.6  脚架和连接杆的设计    59
5.7强度校核    60
5.7.1中轴强度校核    60
5.7.2支脚的强度校核    61
5.8 本章小结    62
总结与展望    63
致谢    64
参考文献    65
附录Ⅰ外形装配图    66
附录Ⅱ 系统电路原理图    67