基于單片機的超聲測距系統(tǒng)

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1、基于單片機的超聲測距系統(tǒng)【摘要】：基于傳統(tǒng)的方法在很多特殊場合：如帶腐蝕的液體，強電磁干擾，有毒等惡劣條件下，測量距離存在不可克服的缺陷，超聲測距能很好的解決此類的問題。本論文主要對單片機超聲測距系統(tǒng)的原理，單片機的應(yīng)用等進行了分析：對超聲波的發(fā)生電路和接受電路，DS18B20溫度采集電路，LCD顯示電路。硬件制作和軟件設(shè)計，對系統(tǒng)進行誤差分析。【關(guān)鍵字】：超聲波測距，單片機，DS18B20溫度補償，LCD顯示，軟件設(shè)計。第一章引言1.1單片機應(yīng)用系統(tǒng)概述單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應(yīng)用計算機系統(tǒng)。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計算機技術(shù)從通用型

2、數(shù)值計算領(lǐng)域進入到智能化的控制領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最具有發(fā)展前景的IT應(yīng)用之一。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)升級成為智能化的電子產(chǎn)品，使其成為具有“生命”的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)?，F(xiàn)代社會中嵌入式系統(tǒng)無處不在，早已被應(yīng)用在國防、國名經(jīng)濟、以及人們生活的各個領(lǐng)域，主要可以歸納一下幾個方面：（1）軍事裝備：各式武器控制（火炮控制、彈道控制、炮彈引信等），坦克、艦艇、轟炸等各種電子裝備，雷達、電子對抗、軍事通訊裝備等。（2）家用電器：各種家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機頂盒、數(shù)碼相機、VCD、DVD、可視電視、洗衣機、手機、智能玩具等。（3）工業(yè)控

3、制：各種智能儀器儀表、數(shù)控裝置、可編程控制器、分布式控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、機電一體化設(shè)備、汽車電子設(shè)備等。（4）商用設(shè)備：各種收款機、POS系統(tǒng)、電子秤、條形碼閱讀器、商務(wù)終端、IC卡輸入設(shè)備、自動柜員機、防盜系統(tǒng)等。（5）辦公用品：復(fù)印機、打印機、傳真機、手機、PDA、變頻空調(diào)設(shè)備、通信終端、程控變換機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。（6）醫(yī)療電子設(shè)備：各種醫(yī)療電子儀器，如X光機、超聲診斷儀、心臟起搏器、監(jiān)護儀等，以及輔助診斷系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等。在 線 調(diào) 試 軟 硬 件單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計包括單片機基本擴展、外圍電路設(shè)計和程序設(shè)計、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠

4、性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計等內(nèi)容。通常開發(fā)一個單片機系統(tǒng)的步驟如下：脫 機 運 行安 裝 調(diào) 試制 作 P C B 板設(shè) 計 單 元 電 路總 體 方 案 設(shè) 計圖1.1.1設(shè)計步驟1.2超聲波測距離系統(tǒng)概述在基于傳統(tǒng)的側(cè)力矩離存在不可克服的缺陷。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長時間浸泡在水中或其他液體中，極易被腐蝕、點解，失去靈敏性。由于超聲波具有強度大，方向性好等特點，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量、機器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的

5、應(yīng)用。超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試困難，可擴展性差，所以基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機通過采樣獲取到超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進行測距補償，其測量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。第二章超聲波測距的原理2.1超聲波的基本理論超聲波是一門以物理、電子、機械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。該技術(shù)在國民經(jīng)濟中，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)

6、效率特別具有潛在能力。因此，我過對超聲波的研究特別活躍。超聲技術(shù)是通用超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接受的物理過程完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超聲波振動輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲，用超聲波獲取信息，稱為檢測超聲。超聲波使聽覺閾值之外的振動，其頻率范圍在104----1012Hz，其中通常的頻率大約在104-----3×106之間。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時，如果超聲波的波長與超聲場相比超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴散；反之，如果超聲波的波

7、長與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴散。于是超聲波在傳播過程中有如下的特性和作用：1.超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波——質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波——質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波；表面波——質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。超聲波的頻率越高，越與光波某些特性相似。超聲波與其他聲波一樣，其傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。超聲波在氣體和液體中，

8、其傳播速度Cgl=()式中ρ——介質(zhì)的密度B——絕對壓縮系數(shù)可以推導(dǎo)出超聲波在空氣中傳播速度Ca=331.4+0.61×T