基于单片机带温度补偿的超声波测距设计报告--大学毕业设计论文

基于单片机的超声波测距设计报告

摘要: 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，他广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。

本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及STC公司的STC89C52的单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。

关键词：单片机；液晶显示；报警；测距

I

Ultrasonic distance measurement based on single chip

Abstract: Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow

spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites.

This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use.

Keywords: microcontroller; LCD display; alarm; ranging

目 录

1 绪 论 ............................................................................................................. 5

1.1 研究的背景 ............................................................................................................. 5 1.2研究的主要内容 ...................................................................................................... 5 1.3应解决的关键问题 .................................................................................................. 5

2 电路方案论证 ............................................................................................... 5

2.1方案比较 .................................................................................................................. 5

2.1.1 激光测距.......................................................................................................................... 5 2.1.2 超声波测距 ...................................................................................................................... 6

2.2电路总体方案 .......................................................................................................... 6

3单片机概述 .................................................................................................... 7

3.1 STC89C52主要性能 ............................................................................................... 7 3.2 STC89C52外部结构及特性 ................................................................................... 7 3.3 STC89C52内部组成 ............................................................................................... 8

4 超声波测距模块 ......................................................................................... 10

4.1 超声波传感器介绍 ............................................................................................... 10 4.2 HC-SR04超声波测距模块的性能特点 ............................................................... 11 4.3 HC-SR04的管脚排列和电气参数 ....................................................................... 12

4.3.1 管脚简介........................................................................................................................ 12 4.3.2 HC-SR04的电气参数 .................................................................................................... 12

4.4超声波时序图 ........................................................................................................ 12

5系统硬件电路设计 ...................................................................................... 14

5.1单片机最小系统 .................................................................................................. 14

5.1.1 STC89C52芯片 .............................................................................................................. 14 5.1.2 复位电路........................................................................................................................ 14 5.1.3 晶振电路........................................................................................................................ 15

5.2 驱动显示电路及报警电路 ................................................................................... 16

5.2.1 1602LCD液晶显示屏 ................................................................................................. 16 5.2.2 蜂鸣器报警 .................................................................................................................... 17

5.3 HC-RS04超声波测距原理 ................................................................................... 18 5.4 5V稳压电路 .......................................................................................................... 19 5.5温度检测电路 ........................................................................................................ 19

5.5.1 温度检测方案的分析 .................................................................................................... 19 5.5.2 数字温度传感器DS18B20简介 .................................................................................. 20

5.5.3 DS18B20的结构及电路 ................................................................................................ 20

6系统程序的设计 .......................................................................................... 21

6.1主程序 .................................................................................................................... 21 6.2显示数据子程序 .................................................................................................... 22 6.3报警子程序 ............................................................................................................ 22 6.4按键子程序 ............................................................................................................ 23

结 论 ............................................................................................................... 25 参考文献 ......................................................................................................... 26 附 录（A） .................................................................................................... 27 附 录（B） .................................................................................................... 28 致 谢 ............................................................................................................... 46

IV

1 绪 论

1.1 研究的背景

单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面，如空调、VCD机、手机、微波炉、自动洗衣机及汽车电子设备等。单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用很大的空间。

同时，随着社会的发展和进步，超声波测距系统日益重要，应用范围迅速扩大，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境（如含粉尘）具有一定的适应能力，因此用途极度广泛。在测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位、井深、管道长度等场合应用比较普遍。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

1.2研究的主要内容

课题《基于单片机的超声波测距》由51单片机最小系统、超声波测距模块、驱动显示电路、5伏直流稳压电路、温度传感器等组成。利用超声波测距模块HC-SR04测量距离，并对数据进行分析处理，传给51单片机，再通过1602 LCD显示出来，同时电源部分采用5V稳压直流电源。

1.3应解决的关键问题

1、对主要硬件电路设计、制作实物时拟解决的关键问题是：温度等外界干扰对测距精度的影响。

2、超声波测距采用软件编程实现，通过仿真验证其正确性。

2 电路方案论证

2.1方案比较 2.1.1 激光测距

激光测距一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程：

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