论文总字数：17826字

摘 要

本文系统地描述了单片机控制超声波测距的基本原理：首先是通过51单片机控制超声波模块产生超声波脉冲，同时在超声波脉冲发出的时刻起计算时间，直到接收到返回波，这样根据时间就可以得到实际测量的距离。其次通过分析，在系统中加入了温度测量的部分。最终得到的温度和距离利用LCD1602显示。完整的硬件设计是由单片机控制部分、超声波发射和接收部分、温度传感器部分以及LCD显示部分组成。系统通过单片机控制，通过分析处理各探头的信号，并最终完成测距。系统的完整方案就是在上面的基础上发展起来的，最终所有的功能分软硬件两块来实现。最终的系统可以安全稳定地工作，测距精准并且可读性高。

关键词：单片机 超声波 温度补偿 测距

The design of Ultrasonic Ranging System Based on Microcontrollers

ABSTRACT

This design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument which is based on SCM. As soon as the AT89C51 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse, the time which records the ultrasonic wave round-trip from emission to receive has been measured. Then we can calculate the distance through it. And the adjustment of temperature compensation is added in the data processing, with LCD1602 displays the distance and temperature. The entire hardware circuit is composed by microcontroller circuit，ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals achieve the various functions of different modules under the control of SCM. The system’s overall concept has been designed based on this and all the needed function has been achieved on hardware and software.

As has been proved by experiment, the instrument system has the flowing features: stability of operation, highness of precision and high readability.

Keywords: Microcontroller; Ultrasonic wave; Temperature compensation; Measure distance

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 本论文主要任务 1

1.3 论文结构安排 2

第二章 基于单片机的超声波测距系统简介 3

2.1 超声波简介 3

2.2 超声波测距原理 3

2.3 超声波传感器 4

第三章 基于单片机的超声波测距系统设计 6

3.1 系统总体方案的设计 6

3.2 系统模块的选择 6

3.2.1控制模块的选择 6

3.2.2 超声波测距模块的选择 6

3.3.3温度检测模块的选择 8

3.3.4显示模块的选择 8

第四章 超声波测距系统的硬件实现 9

4.1 单片机电路设计 9

4.1.1 单片机外围电路的设计 9

4.1.2 单片机最小系统 11

4.2 超声波测距电路 12

4.2.1 超声波发射电路 12

4.2.2超声波接收电路 12

4.3 环境温度补偿电路 13

4.4 LCD显示电路 13

4.5相关芯片介绍 14

4.5.1 89C51系列单片机简介 14

4.5.2 DS18B20简介 15

4.5.3 LCD1602简介 16

第五章 软件设计 18

5.1 主程序设计 18

5.2 超声波发送子程序及超声波接收子程序 20

5.3测温子程序 20

5.4 距离计算子程序 21

5.5 LCD1602显示子程序 22

第六章 系统调试 24

6.1 调试环境——Keil 24

6.2 硬件调试 25

6.3 软件调试 26

第七章 论文总结 28

7.1 误差分析 28

7.2 论文小结 28

参考文献 29

附录 系统硬件原理图 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

伴随着科技的迅速进步，超声波技术在传感器应用领域中的作用会逐渐增大。依靠现有的技术水平，运用超声波进行精确测量的条件已经成熟，并且由于可以高精度测量，稳定运行，低成本等一系列的优点，越来越受到青睐。超声波是机械波的一种，频率在20khz以上，之所以可以将其应用于距离测量，主要由于其在传播过程中，会在介质表面反射回来，重新被接收。

在现有的技术条件下，超声波技术已经被普遍应用于我们的生活中，其中一般的超声波测距仪可以试用于建筑物其内抑或是液面高度的丈量。由于依靠超声波测距属于非接触检测技术，相较于其他检测技术而言，更试用于恶劣环境，并且具有少维护，高可靠，耐久性等优势，因此被广泛运用于各行各业中，如矿业，电厂，水处理厂等等。在实际应用中，超声波计算简易，耗时短，并且可以被实时控制。

以后，随着社会需求的不断进步，这种重要的，新型而有效的工具，超声波传感器一定具备广阔的发展前景。一方面，它会达到更高精度的要求，另一方面，它会与智能化自动化接轨，和其他传感器结合成多传感器，有更普遍的发展。可以想象，传感器在未来，紧接着科技的下一步发展，单纯的判断功能一定可以发展到具备创造力的学习功能。

1.2 本论文主要任务

本文所要完成的是通过单片机控制超声波完成测距这样一个设计。本设计的主要工作任务是：通过单片机控制超声波发射，在超声波脉冲发出的时刻起开始计算时间，直到接收到返回波，根据时间就可以得到实际测量的距离。并且由于温度会影响超声波在空气中的传播速度，所以要进一步检测外界空气温度用于距离计算的补偿，最终得到的温度和距离数据在LED显示器上显示出来。

1.3 论文结构安排

论文最先是阐明了设计的背景以及意义，对论文结构初步概述。

本文共由六章组成，第二章为基础理论部分，对超声波测距的基本原理做了

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