超声波测距系统的设计

摘  要

利用超声波来测距是一种传统的非接触测量方法。由于它具有不受外界因素影响， 对环境有一定的适应能力，且操作简单，测量精度高等优点而被广泛应用。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场。

本文探讨设计了一种采用脉冲回波方法，基于AT89C51单片机的多方位超声波测距系统。系统充分利用单片机的软、硬件资源，自动实现超声波的发射与接收控制。根据超声波在空气中传播反射原理，以压电式超声波传感器为接口部件，应用单片机技术对超声波在空气中的传播时间进行测量，从而设计了一套超声波测距系统。  

首先，简单介绍了超声波测距系统的选题背景，概述了超声波测距的发展以及基本原理，并介绍了超声波传感器的原理及特性。

然后，系统介绍了超声波测距系统的实现方法。在介绍超声测距系统的基础上，提出了系统的总体构成，并逐一对系统硬件组成和系统软件结构作了详细介绍。

最后，对设计结果做了整体地概述和分析。包括对产生测量误差的原因进行分析，并提出了一些解决途径和方法。

关键词：超声波测距；单片机；超声波传感器

目 录

1  绪论 1

1.1  简介 1

1.2  设计选题背景 1

1.3  设计内容及论文结构 2

1.3.1  设计的主要内容 2

1.3.2  论文结构 2

2  超声波传感器及测距原理 3

2.1  超声波介绍 3

2.1.1  超声波及物理特性 3

2.1.2  超声波的传播特性 4

2.2  超声波传感器 5

2.2.1  压电式超声波传感器 5

2.2.2  T/R40-12超声波传感器 7

2.3  测距系统工作原理 8

3  硬件电路设计 9

3.1  系统硬件设计思想 9

3.2  控制系统设计 9

3.2.1 89C51单片机的引脚描述及片外总线结构 9

3.2.2 中断系统介绍 12

3.2.3 单片机复位电路设计 17

3.3  译码显示电路 17

3.3.1  输入、输出接口P0～P3 17

3.3.2  并行输入/输出口概述 18

3.3.3  串行输入/输出口概述 18

3.3.4  数码管LED 20

3.3.5  基于串行输入/输出口的数码管电路 21

3.4  超声波的发射 22

3.5  超声波的接收与处理 23

3.6  系统电路原理图 24

4  软件系统设计 26

4.1  系统工作过程 26

4.2  软件程序设计 26

4.2.1  中断服务程序 27

4.2.2  计算超声波传播时间 28

5  测距系统分析与改进 29

5.1  系统误差分析 29

5.2  提高系统性能的若干措施 29

5.2.1  扩大测距范围 29

5.2.2  声速校正 29

6  结束语 30

参考文献 31

致 谢 32

附 录 33