超聲波測距系統的設計

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摘  要

 利用超聲波來測距是一種傳統的非接觸測量方法。由于它具有不受外界因素影響， 對環境有一定的適應能力，且操作簡單，測量精度高等優點而被廣泛應用。超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業現場。
 本文探討設計了一種采用脈沖回波方法，基于AT89C51單片機的多方位超聲波測距系統。系統充分利用單片機的軟、硬件資源，自動實現超聲波的發射與接收控制。根據超聲波在空氣中傳播反射原理，以壓電式超聲波傳感器為接口部件，應用單片機技術對超聲波在空氣中的傳播時間進行測量，從而設計了一套超聲波測距系統。 
 首先，簡單介紹了超聲波測距系統的選題背景，概述了超聲波測距的發展以及基本原理，并介紹了超聲波傳感器的原理及特性。
 然后，系統介紹了超聲波測距系統的實現方法。在介紹超聲測距系統的基礎上，提出了系統的總體構成，并逐一對系統硬件組成和系統軟件結構作了詳細介紹。
 最后，對設計結果做了整體地概述和分析。包括對產生測量誤差的原因進行分析，并提出了一些解決途徑和方法。

關鍵詞：超聲波測距；單片機；超聲波傳感器 

Abstract
 
 The use of ultrasonic distance measurement is a traditional non-contact measurement method. Because it has to be free from outside factor influences and also has certain orientation ability to the environment, simple operation and high precision,the  measurements have been widely used.The ultrasonic ranging system is mainly used in reverse, construction site, as well as some industrial scene.
 This paper discusses the design of multi-front ultrasonic ranging system based on AT89C51 single-chip with the pulse echo method. By making full use of single-chip system software and hardware resources, the system can automatically launches and receives ultrasonic. According to airborne ultrasound reflection, Piezoelectric ultrasonic sensors to the interface components, application of single-chip technology on the ultrasound in the air to measure the propagation time be able to design a set of ultrasonic ranging system.
 First of all, the article briefly introduces the topics background of ultrasonic ranging system, an overview of the development of ultrasonic distance measurement, as well as the basic principles, and introduces the principle of ultrasonic sensors and characteristics.
 Then, this part introduces the ultrasonic ranging system of implementation. Based on the introduction to ultrasonic ranging system, the overall composition of the system can be made. Each component of the system hardware and system software architecture is presented in detail.
 Finally, the results do the overall design overview and analysis. This includes the causes of measurement error，proposed ways and resolving means and so on.
 
 Key words : ultrasonic ranging;  single-chip;  ultrasonic sensors;

目 錄

1  緒論 1
1.1  簡介 1
1.2  設計選題背景 1
1.3  設計內容及論文結構 2
1.3.1  設計的主要內容 2
1.3.2  論文結構 2
2  超聲波傳感器及測距原理 3
2.1  超聲波介紹 3
2.1.1  超聲波及物理特性 3
2.1.2  超聲波的傳播特性 4
2.2  超聲波傳感器 5
2.2.1  壓電式超聲波傳感器 5
2.2.2  T/R40-12超聲波傳感器 7
2.3  測距系統工作原理 8
3  硬件電路設計 9
3.1  系統硬件設計思想 9
3.2  控制系統設計 9
3.2.1  89C51單片機的引腳描述及片外總線結構 9
3.2.2  中斷系統介紹 12
3.2.3  單片機復位電路設計 17
3.3  譯碼顯示電路 17
3.3.1  輸入、輸出接口P0～P3 17
3.3.2  并行輸入/輸出口概述 18
3.3.3  串行輸入/輸出口概述 18
3.3.4  數碼管LED 20
3.3.5  基于串行輸入/輸出口的數碼管電路 21
3.4  超聲波的發射 22
3.5  超聲波的接收與處理 23
3.6  系統電路原理圖 24
4  軟件系統設計 26
4.1  系統工作過程 26
4.2  軟件程序設計 26
4.2.1  中斷服務程序 27
4.2.2  計算超聲波傳播時間 28
5  測距系統分析與改進 29
5.1  系統誤差分析 29
5.2  提高系統性能的若干措施 29
5.2.1  擴大測距范圍 29
5.2.2  聲速校正 29
6  結束語 30
參考文獻 31
致 謝 32
附 錄 33