超声测距电路设计制作.doc

1、XX大学毕业设计（论文）题 目： 超声测距电路设计制作 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二Oxx年 六月 超声测距电路设计制作摘要：超声波测距组合电路是以电路，传感器，单片机，数码管和程序等综合知识为基础来设计开发的一种测量电子仪器。其中超声波发射和接收系统的主要部分为压电晶片，这种材料具有压电效应,在电磁振荡的作用下发生逆压电效应产生超声波，在超声波的作用下发生正压电效应产生电磁振荡被传感器接收。信号被接收后通过电路的放大和滤波在单片机的程序中计算得到传感器到被测量面的距离,最后通过数码管显示距离。这个电路选用的是STC89C52单片

2、机, 因为STC89C52是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。本次设计主要是利用STC89C52单片机、超声波传感器完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警。关键词: 超声波传感器 STC89C52 蜂鸣器报警 数码管 Ultrasonic ranging circuit design ABSTRACT:Ultrasonic Ran

3、ging combining circuit is a comprehensive knowledge of circuits, sensors, microcontrollers, digital control and procedures as a basis for the design and development of an electronic measuring instrument. Wherein the major part of the ultrasonic transmitting and receiving system is a piezoelectric wa

4、fer, this material has the piezoelectric effect and inverse piezoelectric effect occurs under the effect of electromagnetic oscillations generating ultrasonic waves, piezoelectric effect occurs under the action of electromagnetic ultrasonic oscillation is generated received by the sensor. Signal is

5、received by the circuit amplification and filtering in MCU program calculated the distance sensor surface to be measured. Finally, the digital display distance. The circuit used is STC89C52 microcontroller, Because STC89C52 is STC Series MCU in a broader application, it enjoys a high value in the fi

6、eld of automatic control, with its ease of use and versatility by the majority of electronic design enthusiasts. This design is the use of STC89C52 microcontroller, ultrasonic sensor alarm system complete production ranging to STC89C52 as the main chip, the use of ultrasonic testing on the distance,

7、 the distance of objects detected in front of it, and then single-chip processing operations, and set alarm distance values are compared to judge, when the measured distance is less than the set value, STC89C52 issue commands to control the buzzer alarm.Key words：Ultrasonic sensors STC89C52 Buzzer a

8、larm 目 录1 绪论1.1 项目研究背景及意义（1）2 总体设计方案及论证2.1 总体方案设计（2）3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块（3）3.2 电源设计（4）3.3 超声波测试模块（4） 3.3.1 超声波的特性（5） 3.3.2 超声波换能器（8）3.4 超声波传感器原理（10）3.5 测距分析（14）3.6 时钟电路的设计（15）3.7 复位电路的设计（16）3.8 声音报警电路的设计（17）3.9 显示模块（17）4 软件设计4.1 主程序工作流程图（18）5 总结参考文献（21）致 谢（22）附录A附录B附录C超声测距电路设计制作1 绪论1.1项目研究背景及意义 现代

9、有多种多样的测距方法，其中包括接触式和非接触式的方法，接触式中包含刻度尺测量，非接触式包括超声波测距和激光测距，非接触式测距方法常采用激光和超声波主要是由于二者的指向性很强，兼有在介质中传播距离长和能量衰减慢等原因1。工业生产过程中非接触式测距仪应用非常广泛，因为这些方法适用于恶劣工况下使用，并且测量精度高。超声波测量距离作为一种非接触式测量技术，工作时机在光明和黑暗条件不会影响测量结果，以及仪器与被测量位置也不会影响测量结果。相比较与另外测距设备会更加方便，对于温度高、颗粒污染大、空间湿度大、存在腐蚀气体等不方便用接触式测量方法的恶劣环境都能够有满意的测距结果，并且其具有性价比高,仪器维护方

10、便，耗能少，高可靠性，使用寿命长，并且相较于激光测距仪来说避免了对测量者眼睛的伤害2。除此之外汽车倒车雷达的应用已经非常广泛，而且超声可以用来测量倒车距离并将距离指示出来3。根据超声波测距仪的这些特性可以知道这种手段能在矿物质生产企业、电力部门、化学工业、灌装水生产厂、有害水净化消毒厂、农业灌溉用水、环境保护检测、食用品生产（白酒业、冷料业、食用添加剂、食用油、牛奶制品）、防止洪水灾害、水文监测、探明渠、空间位置确定、车辆等业态中的非接触测量。由于其可以在各种条件中实行间隔精确度实时标注，因此液态产品生产企业中能够主动用在饮用水、酒水、冷饮等液体位置控制，可以有效的提高流水线的生产效率，对仪器

11、或者生产线进行差值设定时另一个使用方法，在显示器上直接显示各种罐子的液位高度。因此，在特殊环境，不方便或者不能够直接测量的状况下超声在空气中测距手段有很好很齐全的用途应用4。利用超声波传播来测量距离会有高效、计算简单的效果。更为主要的益处是能够实现在生产过程中随时进行监控，测量结构的精确度和过程中的速度已经达到了实际使用的指标。 为了使移动机器人能够主动的躲避障碍物行走，在机器人身上装备测距系统是必须的，可以使机器人及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向），帮助机器人进行判断。在可动机器或者智能机械的制造上超声波测量距离有很好的应用。同时又因为超声波测距系统所具有的这些优点都是汽车倒车雷达技术

12、所缺少的，因此汽车倒车雷达技术必须用到超声波测距技术。2 总体设计方案及论证2.1 总体方案设计软件设计和硬件设计是超声测距电路设计制作的两个主要工作内容。只有把这两过程做好，设计最后才能成功。硬件设中首先要有采集数据模块和控制按键的模块，显示测量结果的四位数码管和蜂鸣警告模块也是其子模块。电路结构可划分为：显示测量结果的数码管、产生和接收超声波的传感器、蜂鸣声音报警器、单片机控制的电路。很容易可以看出设计的中心单元是控制电路的单片机，所以这个系统可以算是单片机在实际测量系统中的应用之一3。所用的单片机应用系统都是由软硬件构成。单片机是硬件设备里必不可少的、同样输入输出设备和外围的各种应用电路

13、等也是组成的系统的主要硬件，单片机里的各种程序和超声模块里的程序是软件的总称。在单片机应用系统的研制过程中必须解决软硬件设计和全局控制的总体设计。STC89C52单片机被选用当做这个模块的核心,测量结果小于标杆值是，52单片机会自动将所测数据与预设数据比较，来给蜂鸣器发送是否报警的。系统总体的设计方框图如图2.1所示67。电源STC89C52主控制器模块超声波传感器模块按键控制4位数码管显示模块蜂鸣器报警模块图2.1 系统方框图 3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主控制最小系统电路如图3.1所示。 图3.1 最小系统总电路的设计见图3.2，其中主要是硬件的连接。在图中可以看到本设计中

14、使用的器件：包括52单片机、超声模块、显示数码管、按键、报警用蜂鸣器和一些连接电路电容电阻。图中D1为指示电源是否正常工作发光二极管。整个电路中用了三个按键，分别为设定用和加键减键8。图3.2 总设计电路图3.2 电源设计 由于超声测距组合电路能耗较小，且经过试验3节五号干电池能够满足整个系统的正常运行。可以用三个五号可充电电池给电源供电，总电压四点五伏特。3.3 超声波测试模块超声波发射和接收模块采用现成的超声波模块，该模块可以感测到超声波的距离范围在5cm-400cm之间，在超过400cm之后误差会特别大，超声模块所发射超声波频率为4万赫兹，波长为8.5毫米，仪器的测量范围在五个波长以外，

15、因此只能测到5厘米以上。主要是因为超声波在长距离状况下扩散比较大，导致超声波接收传感器接收到的信号较小不会使电路输出高电平。除此之外这个模块的测距精度可达高到 1cm，这主要是因为四位数码管只能显示到厘米。整个模块包括超声波发射器、接收器与控制相关信号接收和发送处理的相关控制电路9。超声波发射器的工作是通过超声换能器来实现的，它能够将电能转换成超音频震动形式，常采用的换能器有压电换能器、电磁声换能器、激光超声换能器、磁致伸缩换能器，但在这个模块中后面三种不适合使用，常用的还是压电换能器。压电换能器的关键元件是压电晶片，其是一种单晶或者多晶体的薄片。同样超声波接收器的重要组成元件也是压电晶片，因此压电晶片的性能将很大程度决定测距仪的性能，压电晶片的主要特性参数包括压电应变常数、压电电压常数、介电常数、机电耦合系数、机械品质因子、频率常数和居里温度10。其中压电应变常数表示在压电晶体上施加单位