超聲波測(cè)距儀畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　系 別：</b></p&

2、gt;<p><b>　　專業(yè)班級(jí)：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師姓名及職稱：</p><p><b>　　起止時(shí)間：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)代的社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段，人們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域?qū)y(cè)距儀的應(yīng)

3、用，有越來越廣泛的需求。針對(duì)愈發(fā)廣泛的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用﹑準(zhǔn)確度高﹑響應(yīng)靈敏的測(cè)距儀很有必要，而本文設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀恰好滿足以上要求。</p><p>　　由于超聲波具有指向性強(qiáng)和傳送距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，人們很容易利用超聲波制成測(cè)距儀。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能，本設(shè)計(jì)以AT89S51芯片為核心，再結(jié)合4位一體共陰LED數(shù)碼管、超聲波傳感器模塊和12.0M晶振等器件。系統(tǒng)里包括了單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示電路，復(fù)位電路以及

4、超聲波發(fā)射接收電路。</p><p>　　關(guān)鍵詞 超聲波 測(cè)距儀 AT89S51芯片</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Modern society, has entered a stage of rapid development. Application of range finder in

5、many fields , has a growing demand. In order to meet the increasing demands , it is necessary to design an economical range finder, which has a high accuracy and a sensitive response. The ultrasonic range finder designed

6、 in this thesis just satisfies the above requirements. </p><p>　　Because of good directivity and long transmission of ultrasonic, it is easy to fabricate an range finder by ultrasonic. In order to achieve th

7、e function of measuring distance , ultrasonic range finder is designed with AT89S51 chip as the core. It also contains four in one common cathode LED digital tube, ultrasonic sensor module, and 12.0M crystal . The ultras

8、onic range finder is made up ofa single-chip system, LED display circuit, reset circuit, and an ultrasonic transmitting and receiving circ</p><p>　　Key words：Ultrasonic Range finder AT89S51 chip</p>

9、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)的背景1</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的意義1</p><p>　　第2章 超聲波測(cè)距原理2</p><p>　　2.1 超聲

10、波簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.2 超聲波測(cè)距原理2</p><p>　　2.3 超聲波傳感器3</p><p>　　第3章 方案論證4</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　第4章 主要元件介紹6&l

11、t;/p><p>　　4.1單片機(jī)AT89S516</p><p>　　4.1.1 AT89S51簡(jiǎn)介6</p><p>　　4.1.2 AT89S51的主要性能特點(diǎn)6</p><p>　　4.1.3 管腳說明7</p><p>　　4.2超聲波傳感器HC-SR048</p><p>　　

12、4.2.1端口介紹8</p><p>　　4.2.2主要技術(shù)參數(shù)8</p><p>　　4.2.3基本工作原理8</p><p>　　4.2.4超聲波時(shí)序圖9</p><p>　　4.2.5模塊線路圖10</p><p>　　4.2.6最遠(yuǎn)探測(cè)距離調(diào)節(jié)11</p><p>　　4.3

13、 74HC573器件11</p><p>　　4.3.1定義11</p><p>　　4.3.2原理說明：12</p><p>　　第5章 硬件電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1電源電路：13</p><p>　　5.2復(fù)位電路：13</p><p>　　5.3顯示電路：1

14、4</p><p>　　5.4超聲波傳感器電路14</p><p>　　第6章 系統(tǒng)誤差分析15</p><p>　　6.1 誤差分析的先決條件15</p><p>　　6.2誤差分析表15</p><p>　　6.3誤差分析16</p><p>　　6.4誤差分析總結(jié)17<

15、/p><p>　　第7章 總結(jié)18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　致謝20</b></p><p>　　附錄1 整體電路圖20</p><p>　　附錄2 測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)圖21</p><p>　　

16、附錄3 程序清單22</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)的背景</b></p><p>　　如今，社會(huì)的發(fā)展不斷帶動(dòng)了人們對(duì)測(cè)量長(zhǎng)度或距離需求的提高。以前傳統(tǒng)的測(cè)距方法在許多場(chǎng)合已不能滿足人們愈發(fā)廣泛的應(yīng)用需求，比如是在管道長(zhǎng)度﹑井深﹑液位等場(chǎng)合的測(cè)量。特別是在要

17、求實(shí)時(shí)測(cè)距的情況下，傳統(tǒng)的測(cè)距方法不能完成測(cè)量任務(wù)。在此背景下便產(chǎn)生了非接觸式的測(cè)量需求。</p><p>　　采取非接觸式對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的工具，最可靠便捷的是無線測(cè)距儀。目前，超聲波測(cè)距，微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距三種測(cè)距方式是現(xiàn)在通過波的形式進(jìn)行測(cè)距的主要技術(shù)。其中，雷達(dá)測(cè)距儀和激光測(cè)距儀的制作難度較高，造價(jià)高昂，很難普及到普通人們的日常應(yīng)用，并且在使用過程中有其局限性，如激光易受外界光影響，微波雷達(dá)易受電磁場(chǎng)影

18、響。而超聲波測(cè)距儀具因其受外界影響較小，測(cè)量速度快，制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的人使用。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外超聲波測(cè)距方面的研究水平和方向各有不同，某些方面已取得一定應(yīng)用，能精確地測(cè)量距離，如管道長(zhǎng)度﹑井深﹑液位等場(chǎng)合。但超聲波測(cè)距儀有與其它系統(tǒng)工具組合應(yīng)用的發(fā)展方向，比如現(xiàn)在已被廣泛使用的可語(yǔ)音播報(bào)的汽車倒車?yán)走_(dá)，有自動(dòng)避障行走功能的機(jī)器人等。所以超聲波測(cè)距儀未來在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)

19、展空間很大，發(fā)揮越來越重要的作用，滿足愈發(fā)廣泛的應(yīng)用需求。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)的意義</b></p><p>　　目前，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市規(guī)模擴(kuò)大，城市人口數(shù)量激增，城市給排水系統(tǒng)壓力越來越大。更加上歷史原因以及種種不可忽視的原因，比如拆遷問題，排水系統(tǒng)建設(shè)往往跟不上城市建設(shè)的腳步。每當(dāng)暴雨來襲，新聞里總會(huì)看到街道積水，給市民的生活帶

20、來極大的不便。因此，對(duì)排水系統(tǒng)中重要一環(huán)的箱涵進(jìn)行排污疏通治理必不可少。</p><p>　　由于人們的環(huán)保意識(shí)不足，隨地亂扔垃圾的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，所以容易導(dǎo)致排水系統(tǒng)箱涵內(nèi)積累大量雜物，在加上箱涵的容積較小，人們不能親自清理。所以人們選擇了機(jī)器人這科技產(chǎn)物，對(duì)箱涵進(jìn)行疏通清理。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分，控制系統(tǒng)核心部分就

21、是超聲波測(cè)距儀的研制[1]。</p><p>　　從上面的例子可看出，超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)意義在與結(jié)合生活實(shí)際設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)便實(shí)用超聲波測(cè)距儀，為人類服務(wù)。</p><p>　　第2章 超聲波測(cè)距原理</p><h3>　　2.1 超聲波簡(jiǎn)介</h2><p><b>　?。?）定義</b></p><p

22、>　　物體振動(dòng)，就會(huì)發(fā)出聲音。這么簡(jiǎn)單的道理我們都知道。我們把物體振動(dòng)發(fā)出的機(jī)械波稱之為聲波。但是在正常的情況下，超聲波是不能被人們聽見的。因?yàn)槌暡ǖ念l率超過了人們聽覺的極限?？茖W(xué)研究表明，人耳聽到的的聲波頻率范圍為20~20000赫茲。而超聲波的頻率正好超過20000赫茲。</p><p><b>　?。?）產(chǎn)生方式</b></p><p>　　產(chǎn)生超聲波的

23、方式與我們平時(shí)聽到的聲波的產(chǎn)生方式?jīng)]什么區(qū)別。都是物體振動(dòng)的機(jī)械波以縱波的形式在空氣介質(zhì)中傳播。但不同的是可聞聲的頻率較低，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以在一定范圍內(nèi)以直線傳播的方向性較差。然而超聲波的頻率較高，波長(zhǎng)叫短，所以在一定范圍內(nèi)以直線傳播的方向性較好。在本設(shè)計(jì)的超聲波傳感器中，當(dāng)傳感器模塊收到高電平TTL信號(hào)后，壓電晶片就會(huì)振動(dòng)，發(fā)出超聲波。 </p><p><b>　?。?）波型</b>

24、;</p><p>　　超聲波的應(yīng)用波型有許多種，有橫波、縱波、蘭姆波和表面波(瑞利波)，可通過聲波的傳播方向與物體振動(dòng)方向的關(guān)系來辨別。超聲縱波是本設(shè)計(jì)應(yīng)用的波型。</p><h3>　　2.2 超聲波測(cè)距原理</h2><p>　　超聲波測(cè)距儀測(cè)量距離利用的就是波的反射特性。測(cè)量前，要將超聲波測(cè)距儀水平對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，被測(cè)物體附近無其他干擾物。開始測(cè)量時(shí)，測(cè)距儀

25、就會(huì)發(fā)射出超聲波，等待超聲波返回，并同時(shí)計(jì)時(shí)。當(dāng)接收到反射超聲波時(shí)，就會(huì)立即停止計(jì)時(shí)，將獲得的時(shí)間通過公式來計(jì)算測(cè)距儀與被測(cè)物體的距離。</p><p><b>　　測(cè)量距離S為</b></p><p>　　式中 v——傳播速度；</p><p><b>　　——單向傳播時(shí)間。</b></p><

26、p>　　由上式可知，影響測(cè)量距離精度的主要因素是計(jì)時(shí)精度和傳播速度。所以如果要提高測(cè)量距離的精度，就要提高計(jì)時(shí)精度，和盡量選擇正常的傳播速度（傳播速度易受溫度等影響）。</p><h3>　　2.3 超聲波傳感器</h2><p>　　定義：能發(fā)射和接收超聲波的傳感器叫超聲波傳感器。目前電聲型傳感器與流體動(dòng)力型傳感器是常用的超聲傳感器。 </p><p>　

27、　超聲波傳感器探頭的結(jié)構(gòu)形式有許多種，如果接收表面波的是表面波探頭，只接收縱波的是直探頭，只接收橫波的是斜探頭。當(dāng)然還有收發(fā)一體式探頭和收發(fā)分體式雙探頭。由于設(shè)計(jì)的需要，所以本次選用的是收發(fā)分體式雙探頭傳感器，即一個(gè)探頭發(fā)送超聲波，另一個(gè)探頭接收超聲波。</p><p>　　超聲波傳感器的選擇對(duì)超聲波的測(cè)量起關(guān)鍵作用。如果超聲波頻率取得較低，雖探測(cè)距離較大，但容易收到外界雜音的影響。如果超聲波頻率取得較高，就會(huì)在

28、傳播的過程中衰減嚴(yán)重，探測(cè)距離較短，分辨能力變強(qiáng)。所以針對(duì)本設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)采用的是HC-SR04超聲波傳感器。</p><p>　　HC-SR04超聲波傳感器是壓電傳感器。探頭的組成部分有壓電晶片、接頭、楔塊等。這種探頭有一個(gè)主要作用是發(fā)出超聲波和接收反射波。</p><p><b>　　第3章 方案論證</b></p><h3>　　3

29、.1 設(shè)計(jì)思路 </h2><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是測(cè)量范圍為0.40~5.00m，另一個(gè)是測(cè)量精度為0.01m。要完成這兩個(gè)指標(biāo)雖有點(diǎn)壓力，并不困難。</p><p>　　首先，我認(rèn)識(shí)到超聲波的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)就是指向性強(qiáng)，傳送距離遠(yuǎn)，方向性好等，對(duì)于距離的測(cè)量非常適合。同時(shí)，因其超聲波測(cè)距原理通俗易懂，計(jì)算處理數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度上能達(dá)到各種場(chǎng)

30、合的要求。完全能設(shè)計(jì)出一個(gè)成本低廉，工作穩(wěn)定可靠的超聲波測(cè)距儀。</p><p>　　目前，市面上已經(jīng)有了專用的超聲波集成電路。但是專用的集成電路測(cè)量精度并不是很高，只能達(dá)到厘米級(jí)，只能滿足一般的測(cè)距要求。如果要制成更高精度毫米級(jí)別的超聲波測(cè)距儀，就要對(duì)其產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，比如用溫度傳感器對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由于本設(shè)計(jì)要求的測(cè)量精度為0.01m，不需要太高的測(cè)距要求。所以要滿足其要

31、求選用12.0M晶振和HC—SR04的超聲波傳感器就行了。</p><p>　　設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距儀的方式有許多種。一種就是使用專用集成電路設(shè)計(jì)的測(cè)距儀，使用專用集成電路的最大優(yōu)點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單方便，但是它的缺點(diǎn)也很明顯，就是只有單一的測(cè)距功能，并且制作成本高，不利于推廣使用。另一種就是基于CPLD的超聲波測(cè)距儀。它的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，開發(fā)周期短，利于開發(fā)多功能的超聲波測(cè)距設(shè)備。但是它的編程語(yǔ)言是硬件描述語(yǔ)言，我不太擅長(zhǎng)

32、，所以最后不選擇這種設(shè)計(jì)方式。還有一種是以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距儀。使用大學(xué)期間主要學(xué)習(xí)的是單片機(jī)系統(tǒng)，再加上使用單片機(jī)對(duì)控制傳感器方面容易和計(jì)算簡(jiǎn)單，能很好地操控整個(gè)設(shè)計(jì)。所以本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀采用的是這種設(shè)計(jì)方式。</p><p>　　大學(xué)期間，我們學(xué)生課程所學(xué)的主要是AT89C51的單片機(jī)，但由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，AT89S51/52單片機(jī)幾乎取代了AT89C51/52單片機(jī)。所以本設(shè)計(jì)采用的是AT89S

33、51單片機(jī)。采用AT89S51單片機(jī)有極大的優(yōu)勢(shì)，首先它性能強(qiáng)大，性能主要有完善的輸入輸出端口﹑內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，以及強(qiáng)大的控制端口。其次它也非常方便使用，單片機(jī)編寫程序與常用的計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言基本相同。最后是AT89S51芯片價(jià)格便宜，適合推廣應(yīng)用。</p><h3>　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</h2><p>　　超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。它主要由AT89S51單片機(jī)、HC—SR

34、04超聲波傳感器、電源電路、LED顯示電路及復(fù)位電路組成。系統(tǒng)主要功能包括：</p><p>　　超聲波的發(fā)射、接收，并根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間計(jì)算測(cè)量距離；</p><p>　?。?）LED數(shù)碼管顯示器顯示距離；</p><p>　?。?）當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，用復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位。</p><p>　　圖3.1 超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p&

35、gt;<p>　　第4章 主要元件介紹</p><h3>　　4.1單片機(jī)AT89S51</h2><h4>　　4.1.1 AT89S51簡(jiǎn)介</h2><p>　　AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失

36、性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[2]。</p><p>　　圖4.1 AT89S51管腳圖</p><h4>　　4.1.2 AT89S51的主要性能特點(diǎn)</h2><p>　　4k Bytes Flash片內(nèi)程序存

37、儲(chǔ)器；</p><p>　　128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；</p><p>　　32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；</p><p>　　2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷；</p><p><b>　　5個(gè)中斷源；</b></p><p>　　2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

38、</p><p>　　2個(gè)全雙工串行通信口；</p><p>　　看門狗（WDT）電路；</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；</p><p>　　與MCS-51兼容；</p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz；</p><p>　　三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定；</p>

39、<p><b>　　可編程串行通道；</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式。</p><h4>　　4.1.3 管腳說明</h2><p>　　表4.1 AT89S52引腳說明</p><h3>　　4.2超聲波傳感器HC-SR04</h2><p><b>

40、　　4.2.1端口介紹</b></p><p>　　接線端口：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、GND</p><h3>　　4.2.2主要技術(shù)參數(shù)</h2><p>　　1：工作用電壓范圍：3V-5.5V</p><p>　　2：靜態(tài)電流：小于3mA      &#

41、160;</p><p>　　3：電平輸出：高5V     </p><p>　　4：電平輸出：底0V         </p><p>　　5：感應(yīng)角度：不大于20度    </p>

42、<p>　　6：探測(cè)距離：0.03m-5m </p><p>　　7: 高精度 可達(dá)0.3cm    </p><p>　　圖4.2 HC-SR04超聲波傳感器模塊</p><h4>　　4.2.3基本工作原理</h2><p>　　(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給出至少1

43、0us的高電平信號(hào); </p><p>　　(2)模塊收到高電平信號(hào)后，會(huì)發(fā)送8個(gè)40khz的脈沖方波，并且通過1接收探頭檢測(cè)是否有信號(hào)返回；</p><p>　　(3)當(dāng)接收到有信號(hào)返回時(shí)，模塊就會(huì)通過IO口ECHO向單片機(jī)輸出一個(gè)高電平，超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間就是高電平持續(xù)的時(shí)間。之后就可以根據(jù)公式算出測(cè)量距離。</p><h4>　　4.2.4超聲波時(shí)序圖&

44、lt;/h2><p>　　圖4.3超聲波時(shí)序圖</p><p>　　圖4.3表明當(dāng)單片機(jī)向傳感器模塊發(fā)出一個(gè)10us的TTL信號(hào)后，模塊內(nèi)部就會(huì)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHZ的電平脈沖，同時(shí)檢測(cè)是否有反射波返回。當(dāng)檢測(cè)到有反射波后，就會(huì)輸出與檢測(cè)距離成1:1比例的回響電平。單片機(jī)收到回響信號(hào)后，就會(huì)根據(jù)高電平時(shí)間計(jì)算出距離。</p><p><b>　　計(jì)算公式為：&

45、lt;/b></p><h4>　　4.2.5模塊線路圖</h2><p>　　圖4.4 HC-SR04超聲波傳感器模塊線路圖</p><h4>　　4.2.6最遠(yuǎn)探測(cè)距離調(diào)節(jié)</h2><p>　　圖4.5 HC-SR04超聲波傳感器模塊背面圖</p><p>　　圖4.5標(biāo)示的R3電阻可以改變電阻的阻值大小來

46、調(diào)節(jié)檢測(cè)的最大距離?？墒钱?dāng)檢測(cè)的距離越大，檢測(cè)角度相應(yīng)地也會(huì)變大。檢測(cè)角度越大，就越容易受到被測(cè)物附近的物體影響，從而出現(xiàn)測(cè)量誤差。廠家那邊給了相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)。當(dāng)R3為3.92K電阻時(shí)，最大檢測(cè)距離為3m，檢測(cè)角度小于15度；當(dāng)R3為4.72K電阻時(shí)，最大檢測(cè)距離為7m，檢測(cè)角度小于30度。本次選用的R3電阻為4.52K，最大探測(cè)距離為5m。</p><h3>　　4.3 74HC573器件</h2>

47、<p><b>　　4.3.1定義</b></p><p>　　74HC573是一款高速CMOS器件，74HC573引腳兼容低功耗肖特基TTL(LSTTL)系列，74HC573包含八路D 型透明鎖存器，每個(gè)鎖存器具有獨(dú)立的D 型輸入，以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出，所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能(LE)端和一個(gè)輸出使能(OE)端[4]。</p><p>

48、　　圖4.6 74HC573內(nèi)部功能圖</p><h4>　　4.3.2原理說明：</h2><p>　　當(dāng)LE為高時(shí)，鎖存器就會(huì)進(jìn)入透明模式，它的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著輸入D的變化而變化；當(dāng)LE為低時(shí)，鎖存器將儲(chǔ)存之前的輸入信息一段時(shí)間，等待LE的下降沿來臨。</p><p>　　當(dāng)OE為低時(shí)，8個(gè)鎖存器里面的內(nèi)容能正常輸出;當(dāng)OE為高時(shí)，輸出就被阻止,OE端的任何操作

49、不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。</p><p>　　第5章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1電源電路</b></p><p>　　電源電路如下圖5.1所示。為方便起見，本設(shè)計(jì)采用的是1.5V電池供電，通過3個(gè)電池串聯(lián)，輸出+4.5V直流電，作為電路的電源。其中加入自鎖開關(guān)，自鎖開關(guān)電路中起到電源的開關(guān)作用。</p>&l

50、t;p><b>　　圖5.1 電源電路</b></p><p><b>　　5.2復(fù)位電路</b></p><p>　　如下圖5.2所示，復(fù)位就是在外部RESET引腳輸入一個(gè)正脈沖使單片機(jī)復(fù)位，使單片機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)制恢復(fù)到初始狀態(tài)，重新開始在初始狀態(tài)工作。本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位電路與電平式開關(guān)，能強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。</p><p&

51、gt;<b>　　圖5.2 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　5.3顯示電路</b></p><p>　　顯示電路如圖5.3，四位一體LED數(shù)碼管組成動(dòng)態(tài)掃描電路，由AT89S51的P0口輸出。經(jīng)過上拉電阻，將信號(hào)通過電阻上拉到高電平,并且在電路中起限流作用。動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，LED的當(dāng)前顯示位由P1口控制。</p><

52、p><b>　　圖5.3顯示電路</b></p><p>　　5.4超聲波傳感器電路</p><p>　　如下圖5.4所示。采用IO口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào); </p><p>　　模塊收到高電平信號(hào)后，會(huì)發(fā)送8個(gè)40khz的脈沖方波，并且通過一接收探頭檢測(cè)是否有信號(hào)返回；當(dāng)接收到有信號(hào)返回時(shí)，模塊就會(huì)向IO

53、

54、 </p&g

55、t;<p>　　圖（a） 圖（b）</p><p>　　圖5.4超聲波傳感器電路</p><h2>　　第6章 系統(tǒng)誤差分析</h2><h3>　　6.1 誤差分析的先決條件</h2><p>　　雖然我設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀理論上能達(dá)到厘米級(jí)精確的測(cè)量。但實(shí)際上由于各

56、種因素的影響會(huì)造成誤差，所以要進(jìn)行誤差測(cè)量，對(duì)誤差進(jìn)行分析，了解產(chǎn)生誤差的原因，找出解決方法。</p><p>　　根據(jù)超聲波的特點(diǎn)，為了避免低級(jí)的誤差，測(cè)量距離是要滿足一下條件：</p><p>　?。?）超聲波測(cè)距儀要垂直于被側(cè)物體。</p><p>　?。?）被測(cè)物體的表面要相對(duì)地平整，不能有凹凸不平。</p><p>　?。?）附近不

57、能有干擾物體，如果附近有能反射超聲波的物體，會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)果。</p><p>　　由于要滿足這些條件，我選擇測(cè)距的地方為宿舍走廊。</p><p><b>　　6.2誤差分析表</b></p><p><b>　　圖6.1誤差分析表</b></p><p><b>　　6.3 誤差分析&l

58、t;/b></p><p>　　從圖6.1誤差分析表可看出很多東西。</p><p>　　首先從以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)測(cè)量距離為0.407m時(shí)，是測(cè)量不到毫米級(jí)的，只有當(dāng)距離提高到0.41m，才會(huì)從0.40m轉(zhuǎn)到0.41m，這正好能符合設(shè)計(jì)的要求，測(cè)量精度0.01m。</p><p>　　當(dāng)在低距離時(shí)(0.04m~1.00m），在地面上的測(cè)量精度是很高的，顯

59、示的距離值很穩(wěn)定，不容易收到影響。但是當(dāng)測(cè)量距離高于1.00m時(shí)，繼續(xù)在地面測(cè)量將會(huì)開始被地面的反射波影響。到1.50m時(shí)，就會(huì)造成嚴(yán)重的偏差，完全測(cè)不到對(duì)面墻體到測(cè)距儀的距離，可能顯示的是與地面某區(qū)域的距離。</p><p>　　所以為了擺脫地面的影響，我把測(cè)試的高度提升到離地面0.3m的半空中。這時(shí)候，1.50m的測(cè)量距離能被精確地顯示出來。然后繼續(xù)測(cè)量，2.00m到4.00m的測(cè)量距離的結(jié)果還是比較準(zhǔn)確的。

60、但是在2.50m左右就會(huì)開始產(chǎn)生誤差值，測(cè)量的距離雖能測(cè)量到實(shí)際距離，但偶爾測(cè)出的距離要比實(shí)際的距離要小一些，誤差值為0.01~0.02m。</p><p>　　當(dāng)距離提高到4.00m時(shí)，最大誤差值變?yōu)?.03m。并且經(jīng)常測(cè)出的距離要比實(shí)際的距離要小一些。而且數(shù)據(jù)顯示的變化很頻繁，這就證明了測(cè)距儀受到外界的影響越來越大。</p><p>　　當(dāng)再次把距離調(diào)到5.00m時(shí)，這是測(cè)出的數(shù)據(jù)時(shí)2

61、.36m，明顯不是真正的距離，可能也是受到地面的反射波影響，所以后面我把測(cè)量的高度提升到0.45m。這時(shí)測(cè)量出來的距離開始靠譜了，跟4.00m的最大誤差值一樣，都是0.03m，數(shù)據(jù)也是頻繁地變化，這說明當(dāng)測(cè)量到5.00m時(shí)的數(shù)據(jù)還是比較勉強(qiáng)。</p><p><b>　　6.4誤差分析總結(jié)</b></p><p>　　總的來說，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不是很成功。首先我一開始選擇

62、地面進(jìn)行測(cè)試，雖然在短距離內(nèi)能精確測(cè)量，但到了較高距離時(shí)就不能測(cè)量實(shí)際距離了。其次是我中期提升的高度不夠，使其也收到地面反射波的影響，違反了附近不能有干擾物體的條件。還有我還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤，就是我宿舍的墻體不夠平整，可能這也是我測(cè)量長(zhǎng)距離時(shí)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的主要原因。</p><p>　　但是正是從這次錯(cuò)誤中，證明了各種因素都會(huì)使到測(cè)距儀產(chǎn)生誤差，由于自身能力有限的關(guān)系，我很難通過改變?cè)O(shè)計(jì)來解決這些誤差問題，終于認(rèn)識(shí)到

63、了學(xué)海無涯，自己要加強(qiáng)學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　第7章 總結(jié)</b></p><h2>　　本次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀是相當(dāng)成功的。首先，它操作簡(jiǎn)單，只需要操作開關(guān)和復(fù)位鍵。經(jīng)過實(shí)際的測(cè)量后，發(fā)現(xiàn)它工作性能穩(wěn)定，能達(dá)到本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求。同時(shí)，它的制作成本很低，性價(jià)比高。</h2><p>　　但是，本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀雖在近距離能達(dá)到

64、精確測(cè)量，可是達(dá)到一定距離后會(huì)產(chǎn)生些許誤差，當(dāng)然誤差值并不大。如果是應(yīng)用在汽車倒車?yán)走_(dá)上，這些誤差不是什么問題。如果是應(yīng)用在工業(yè)等需要高精度的領(lǐng)域，這些誤差是致命的。所以要分析產(chǎn)生誤差的原因，并相應(yīng)地進(jìn)行補(bǔ)償，減小誤差。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　[1] 《超聲波測(cè)距儀的研制》 ，劉民 ，2005年</p>&

65、lt;p>　　[2] 《AT89S51》 ，百度百科</p><p>　　[3] 《HC-SR04_用戶手冊(cè)》 ，百度百科</p><p>　　[4] 《74HC573》 , 百度百科</p><p>　　[4] 宋躍. 《單片微機(jī)原理與技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2007年7月</p><

66、p>　　[5]清源科技編著.《Protel 99 SE電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)及仿真》，機(jī)械工業(yè)出版社，2003年1月</p><p>　　[6] 徐英慧，馬忠梅 等.《ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)-基于S3C2410與Linux》，北京航空航天大學(xué)出版社,2010年9月</p><p>　　[7]閻石，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，高等教育出版社，2006年5月致 謝</p>

67、<p>　　這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)，加上寫論文，修改論文等花了我很長(zhǎng)的時(shí)間。在我剛開始做的時(shí)候，我許多東西都不懂，只會(huì)去百度了解一些基礎(chǔ)知識(shí)，經(jīng)歷了一段很漫長(zhǎng)的時(shí)間，無數(shù)次的辛酸苦累，終于到現(xiàn)在的我對(duì)整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)滾瓜爛熟。在這期間，有許多人給予了我強(qiáng)大的支持和鼓勵(lì)，謝謝！</p><p>　　首先，我要感謝指導(dǎo)老師。他每次在我困惑的時(shí)候，鼓勵(lì)我，并提供意見，指引我該怎么去思考。在修改論文的過程中，他經(jīng)常聯(lián)系我，

68、了解我的進(jìn)度。當(dāng)我交論文給他時(shí)，他都會(huì)認(rèn)真地審核我的論文，并提供寶貴的修改意見，指出我的不足之處。謝謝！</p><p>　　其次，我要感謝我的大學(xué)同學(xué)。雖然他們的畢業(yè)設(shè)計(jì)跟我的不同，但他們的很熱心地參與討論，給我提供了許多意見，這種情義我無法忘記，謝謝！</p><p>　　我還要感謝我的父母，他們一直給予我精神上的支持，當(dāng)我失落的時(shí)候一直鼓勵(lì)我，并且在家里經(jīng)常煲靚湯給我喝，生活上給了我

69、極大的幫助。謝謝！</p><p>　　最后，再次說聲感謝！</p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　整體電路圖</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)圖<

70、/b></p><p>　　測(cè)量距離0.4m 測(cè)量距離5.00m</p><p><b>　　附錄3</b></p><p><b>　　程序清單</b></p><p>　　/********************************

71、***************************************************************************/</p><p>　　//接線：模塊TRIG接 P3.2 ECH0 接P3.3</p><p>　　/********************************************************************

72、***************************************/ </p><p>　　#include <reg52.H>//器件配置文件</p><p>　　#include <intrins.h></p><p><b>　　//按鍵聲明</b></p><p>　　

73、sbit RX = P3^2;</p><p>　　sbit TX = P3^3;</p><p><b>　　//變量聲明</b></p><p>　　unsigned int time=0;</p><p>　　unsigned int timer=0;</p><p>　　unsig

74、ned char posit=0;</p><p>　　//模式 0正常模式 1調(diào)整</p><p>　　char Mode=0;</p><p>　　bit flag=0;</p><p>　　Unsigned char const discode[] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0

75、x7f,0x6f,0x40,0xff/*-*/};</p><p>　　unsigned char const positon[4]={0xfd,0xfb,0xf7,0xfe};</p><p>　　unsigned char disbuff[4] ={0,0,0,0};</p><p>　　unsigned char disbuff_BJ[4]={0,0,

76、0,0};//報(bào)警信息</p><p><b>　　//延時(shí)100ms</b></p><p>　　void delay(void) //誤差 0us</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char a,b,c;</p><p>　

77、　for(c=10;c>0;c--)</p><p>　　for(b=38;b>0;b--)</p><p>　　for(a=130;a>0;a--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********************************************

78、**************************************************************/</p><p><b>　　//掃描數(shù)碼管</b></p><p>　　void Display(void) </p><p><b>　　{</b></p><p&g

79、t;<b>　　//正常顯示</b></p><p>　　if(Mode==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(posit==0)//數(shù)碼管的米標(biāo)志</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=(

80、discode[disbuff[posit]])|0x80;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=discode[disbuff[posit]];</p&g

81、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　P1=positon[posit];</p><p>　　if(++posit>=3)</p><p><b>　　posit=0;</b></p><p><b>　　}</b></p>

82、<p><b>　　//報(bào)警顯示</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(posit==0)//數(shù)碼管的米標(biāo)志</p><p><b>　　{</b></p&

83、gt;<p>　　P0=(discode[disbuff_BJ[posit]])|0x80;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(posit==3)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=0x76;</p&

84、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=discode[disbuff_BJ[posit]];</p><p><b>　　}</b>

85、;</p><p>　　P1=positon[posit];</p><p>　　if(++posit>=4)</p><p><b>　　posit=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&l

86、t;/p><p>　　/**********************************************************************************************************/</p><p><b>　　//計(jì)算</b></p><p>　　void Conut(void)</p

87、><p><b>　　{</b></p><p>　　time=TH0*256+TL0;</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p><b>　　}</b><

88、/p><p>　　/**********************************************************************************************************/</p><p><b>　　//定時(shí)器0</b></p><p>　　void zd0() interrupt 1

89、 //T0中斷用來計(jì)數(shù)器溢出,超過測(cè)距范圍</p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag=1; //中斷溢出標(biāo)志</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****************************************

90、*****************************************************************/</p><p><b>　　//定時(shí)器1</b></p><p>　　void zd3() interrupt 3 //T1中斷用來掃描數(shù)碼管和計(jì)800MS啟動(dòng)模塊</p><p><b>　　{

91、</b></p><p><b>　　TH1=0xf8;</b></p><p><b>　　TL1=0x30;</b></p><p>　　Display();</p><p><b>　　timer++;</b></p><p>　　if

92、(timer>=400)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　timer=0;</b></p><p>　　TX=1; //800MS 啟動(dòng)一次模塊</p><p><b>　　_nop_(); </b></

93、p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>

94、<b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_

95、(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b>&l

96、t;/p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p&g

97、t;<b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　TX=0;</b></p><p><b>　　} </b

98、></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************************************************************************/</p><p><b>　　//主函數(shù)</

99、b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TMOD=0x11; //設(shè)T0為方式1，GATE=1；</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p>　　TL0=0;

100、 </p><p>　　TH1=0xf8; //2MS定時(shí)</p><p><b>　　TL1=0x30;</b></p><p>　　ET0=1;//允許T0中斷</p><p>　　ET1=1; //允許T1中斷</p><p>　　TR1=1;

101、 //開啟定時(shí)器</p><p>　　EA=1;//開啟總中斷</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!RX);//當(dāng)RX為零時(shí)等待</p><p>　　TR0=1;

102、//開啟計(jì)數(shù)</p><p>　　while(RX);//當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待</p><p>　　TR0=0;//關(guān)閉計(jì)數(shù)</p><p>　　Conut();//計(jì)算</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&l