基于单片机的超声波测距系统的硬件设计

基于单片机的超声波测距系统的硬件设计(任务书,开题报告,外文翻译,论文13700字)
摘要
超声波是一种频率大于20kHz的机械波，具有方向性好、指向性强、传播能量大、遇到杂质或界面时会产生反射波等特点。运用超声波来测距能避免光线、颜色以及电场、磁场的干扰，可以实现液面，井下等传统测距技术难以完成的非接触式测量。所以，超声波测距技术已被广泛应用于工业控制、海洋测量、勘探测量等领域，而有关超声波测距的研究也在不断完善和发展。
本设计介绍了基于单片机控制的超声波测距原理：由AT89S51单片机产生脉冲促使超声波探头发射超声波，单片机定时器开始计时，超声波在空气中传播遇到障碍物后被发射回来，超声波传感器接收到反射波后立即停止计时，计算超声波脉冲自发射至接收的往返时间，从而通过公式计算得到测试距离。并且在数据处理中采用了温度补偿，最终用LCD液晶屏显示测试距离。整个硬件电路由AT89S51单片机电路、超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。此系统具有易控制、测距方便、可读性强的流程清晰等特点。
关键词：超声波  单片机  测距  AT89S51
 
The Design of Ultrasound Distance Measurement System Based on MCU
Abstract
Ultrasound is a frequency greater than 20 kHz with a good direction , pointing to strong, large energy spread , and other characteristics of the reflected wave will produce impurities or interface encountered mechanical wave . To avoid the use of ultrasonic distance measurement light, color and electricity, magnetic interference , completed surface , underground and other traditional non-contact measurement ranging technology is difficult to achieve. Therefore , ultrasonic ranging technology has been widely used in industrial control , exploration , oceanographic measurements , and research on ultrasonic ranging system is constantly evolving.
This design introduces ultrasonic distance measurement principle based on MCU : produce the desired pulse by the AT89S51 micro-controller, the micro-controller timer timing, calculation ultrasonic pulses from emission to reception of the round-trip time , which is calculated by the formula test distance . And the use of temperature compensation in the data processing , the final test with the LCD screen displays the distance . Entire hardware circuitry to AT89S51 basis , by the ultrasonic transmitter circuit , ultrasonic receiver circuit, power supply circuit , display circuit module. This system is easy to control , easy ranging, clear and readable flow characteristics .
Key Words: Ultrasonic wave; SCM; Range finding; AT89S51
 

目  录
摘要    I
Abstract    II
第一章 绪论    1
1.1 背景及意义    1
1.2 国内外研究现状    1
1.3 本文主要内容    3
第二章 超声波测距原理    4
2.1 超声波的基础知识    4
2.1.1 超声波的波型    4
2.1.2 超声波的反射和折射    5
2.1.3 超声波的衰减    6
2.2 超声波传感器    6
2.2.1 超声波换能器    6
2.2.2 压电式超声波换能器    7
2.3 超声波测距的原理    8
第三章 整体硬件电路设计    11
3.1 超声波测距硬件系统框图    11
3.2 硬件电路设计    11
3.2.1 AT89S51硬件电路    11
3.2.2 超声波波发射电路    17
3.2.3 超声波接收电路    18
3.2.4 报警电路    20
3.2.5 测温电路    21
3.2.6 LCD液晶显示电路    22
第四章 系统调试    23
4.1 系统调试环境    23
4.2 系统调试与结果    23
4.3 误差分析    25
4.3.1 发射接收时间对测量精度的影响    25
4.3.2 测量环境对测量精度的影响    26
4.3.3 超声波波束对探测目标的入射角的影响    26
结语    27
参考文献    28
致谢    29