超声波测距系统的研究与设计(测控技术)(附程序,pcb,原理图)

超声波测距系统的研究与设计(测控技术)(附程序,pcb,原理图)(毕业论文29000字)
摘  要
超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，由于超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度、被测对象颜色等因素的影响，因此在工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到了广泛的应用。本文介绍了以AT89S52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和软件设计方法。首先介绍了超声波测距仪的原理、超声波频率选择原则和系统工作原理，其次介绍了超声波测距仪硬件结构电路的组成部分，即超声波发射电路、超声波接收及回波检测电路、AT89S52单片机和显示电路等，并详细介绍了各部分电路的工作原理。该系统还设有温度传感器来监测环境温度，并通过温度补偿的方法对测量结果加以校正。在此基础上，本文介绍了系统软件设计程序流程图，该系统软件采用模块化设计由主程序、发射子程序、查询接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成。最后通过硬件和软件实现了各个功能模块，并对系统可能性出现的误差进行了预测。
该超声波测距仪具有集成度高、反应速度快、测量精度高、性能价格比高等特点，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。

关键词: AT89S52单片机；测距系统；超声波；温度补偿；接收；发射

ABSTRACT
Ultrasonic ranging as a typical non-contact measurement method, because the propagation of ultrasonic wave don’t be influence by smoke, air visibility, the tested object color factors, so it widely used in industrial automatic control, construction engineering measurement and robot vision identifying etc. AT89S52 SCM are introduced in this paper with low cost for the core, high precision, miniaturization digital display ultrasonic rangefinder hardware circuit and software design method. Firstly we introduce the principle of the ultrasonic range-finders, ultrasonic frequency selection principle and systems. Secondly the work principle of the circuit components of ultrasonic rangefinder hardware structure were introduced as follows: ultrasonic transmission circuit, ultrasonic receiving and echo detection circuit, AT89S52 SCM and display circuit. The system also has a temperature sensor monitoring environmental temperature, we calibrate the measuring temperature by compensation method. On this basis, this paper introduces the design of the software system, the system software program flowchart adopted by the modular design program, launched subroutines, inquires the receiving subroutines, timing, and display subroutine subroutine module, etc. Finally, through the realization of hardware and software modules, and the possibility of system error is forecasted.
With the develepment of ultrasonic rangefinder and reaction speed, high accuracy, high performance-price ratio, expansion and upgrade, the system can effectively solve the automobile reverse, construction site, and other industrial field location monitoring.
Key words： AT89S52 Single-chip；Distance measuring equipment ；ultrasonic wave；Temperature compensation； eradiate ； receive
 
1、设计要求：
（1）测量距离范围要求为≤5m；
（2）测量精度要求优于5％；
（3）有温度补偿；
（4）显示方式为数码管显示；
（5）具有较强的抗干扰能力，安装简单；
2、方案确定：
按照以上的设计要求，测距仪的设计方案确定为以ATMEL的AT89S52作为系统的核心，具体描述如下：
以AT89S52单片机为主控器。利用其片内时钟电路、片内复位监视电路、低电压功耗，以及体积小等优点能很好地满足设计的要求。
采用4位数码管显示器。
距离单位为cm，温度单位为℃。
超声波发射与接收采用分离设计，即单独采用发射器和接收器，而不是采用发射接收一体化器件，以降低调试复杂性，提高系统安装的灵活性。
系统电源以+9V为主电源，通过三端稳压电路得到系统需要的+5V电源。
3、核心元器件选择：
本次设计的测距仪用到的主要芯片有：
控制芯片：AT89S52单片机（1个）；
超声波放大滤波检波芯片：CX20106A芯片（1个）；
反向器：74LS04芯片（1个）；
传感器：压电陶瓷超声换能器UCM- 40（1对）；
LM7805电源转换芯片（1个）；
晶振：11.0592MHz。（1个）
显示电路采用简单的4位共阳LED数码管，位码用9012驱动。
系统电源部分为9V电源。

本文主要包括六个部分，它们分别是绪论、总体设计方案、系统理论分析与实现、系统硬件设计、系统调试及软件设计、系统测试和总结展望。绪论部分主要讲述了课题研究的背景和目的，它的国内外发展现状等；总体设计方案主要论证了系统的原理及实现方法，说明了系统的整体设计思路；理论分析与计算着重分析了超声波的基本性质与系统工作过程；系统硬件设计主要讲述了系统各主要元件的结构与性质，分析了各部分电路的工作特性与注意事项；系统调试及软件设计介绍了如何调试系统电路，如何编写程序等内容；总结展望对本文做了一个总结和概括，还分析了本文存在了一些问题和不足，并提出了进一步开展研究的见解和建议。
 

目    录
第1章 绪论    1
第1.1节 超声波测距技术概述    1
第1.2节 国内外研究状况    2
第1.3节 文章构成及设计内容    5
第2章 总体设计方案    5
第2.1节 超声波测距    5
第2.2节 测距原理    7
第2.3节 设计要求和方案确定    9
第3章 系统理论分析与技术实现    10
第3.1节 超声波频率选择理论    10
第3.2节 系统结构及工作原理    11
第4章 系统硬件设计    12
第4.1节 超声波发射电路    12
4.1.1 超声波发生器    12
4.1.2  压电式超声波发生器原理    13
4.1.3  超声波发射电路    15
第4.2节  超声波接收及回波检测电路    16
4.2.1  CX20106A芯片介绍    16
第4.3节 单片机系统及显示    19
4.3.1单片机AT89S52结构及功能介绍[14]-[17]    19
4.3.2 时间测量    25
4.3.3 显示电路    27
第4.4节 复位电路和时钟电路    28
第5章 系统调试及软件设计    29
第5.1节 硬件调试    29
第5.2节 软件调试    30
第6章 系统可能性误差分析    36
第7章 结论展望    37
参考文献    38
附录1 超声波测距仪系统电路图    41
附录2 超声波测距仪系统PCB图    42
附录3 全部程序清单    43
附录4 翻译    50
致谢    72