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超声波测距模块的设计
摘要：超声波测距应用十分广泛。论文在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。本文设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。设计利用51单片机系统的I/O口，使超声波传感器发出40KHz的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。
关键词：超声波；超声波传感器；AT89C51单片机；LCD显示单元；测距仪
Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. And it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance measure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. The system primarily composed by the four modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound receiving module and display modular. The I/O ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40kHz ultrasonic wave. The reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding distance. This design can realize 3 meters in range finders, with the 7 centimeters blind spot, The system have the LCD demonstration.
Keywords: ultrasonic, ultrasonic sensor, AT89C51 single-chip computer, LCD display unit, range finder
目 录
第1章 绪 论... 1
1.1课题背景... 1
1.2 论文研究内容... 3
1.2.1 研究内容... 3
1.2.2各章节主要内容... 4
第2章 系统的总体方案设计... 5
2.1 超声测距理论基础... 5
2.1.1超声波介绍... 5
2.1.2 超声波传感器... 5
2.1.3 传感器的指向角θ. 7
2.1.4 测量盲区... 8
2.2 超声波测距原理... 9
2.3 超声测距系统组成... 10
2.3.1 系统的收发过程... 10
2.4方案比较... 11
2.4.1 超声波频率及探头的选用... 11
2.4.2 发射模块... 11
2.4.3 接收模块... 11
2.4.4温度补偿... 12
2.4.5 显示模块... 13
2.4.6 电源模块... 14
2.4.7 通信接口选择... 14
2.5系统的总体构想... 15
2.6 本章小结... 15
第3章 系统硬件设计... 17
3.1 系统工作的过程... 17
3.2 主控制电路... 17
3.2.1 AT89C51单片机... 18
3.2.2 时钟振荡器... 18
3.2.3 复位电路... 19
3.3 串行通信接口... 19
3.3.1 RS-232电气特性... 20
3.3.2 RS-232连接器机械特性... 20
3.3.3 数据发送电路... 21
3.4发射电路设计... 21
3.4.1 555振荡器... 23
3.4.2 共射极放大电路... 24
3.5接收电路设计... 26
3.5.1 CX20106工作原理分析... 26
3.6 电源电路设计... 27
3.7 LCD显示电路... 27
3.7.1 LCD接口协议... 28
3.8 温度测量... 28
3.9本章小结... 29
第4章 系统程序设计... 30
4.1软件功能模块的划分... 30
4.2 主程序的分析设计... 30
4.3 外部中断程序... 31
4.4 T0中断子程序... 32
4.5 温度校正... 33
4.6 本章小结... 33
第5章 调试过程... 34
5.1 调试环境... 34
5.1.1 LCD程序调试过程... 34
5.1.2 发送40kHZ脉冲信号子程序调试... 34
5.1.3 温度传感器的调试... 34
5.2 实验结果... 35
5.3 本章小结... 35
总 结... 36
致 谢... 37
参考文献... 38
附录1超声测距源程序... 39
附录2 超声测距原理图... 50
附录3 硬件实物图... 51
第1章 绪 论
高速度，高效率是现代工业的标志，而这是建立在高质量的基础之上的。设计和工艺人员理应了解：非均一的组织结构，随机出现的微观、宏观缺陷，常常可以有时甚至是只能依靠无损检测技术的运用方可予以发现、评价。当然，这与数十年来多方的重视和广大从业人员的艰辛努力，使无损检测技术在这方面已具有一定的能力有关。现在，在工业发达国家，无损检测在产品的设计研制，使用部门已被卓有成效的运用，1981年美国前总统里根在给美国无损检测学会成立40周年大会的贺信中就说过：“你们能够给飞机、空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测，我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展，客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。超声技术就是一项典型的无损检测技术。利用超声波测量已知基准位置和目标物体表面之间距离的方法，称为超声波测距。可想而知，它的应用，必将在未来展现出夺目的光辉。
