基于超声定位系统设计【字数：10839】
摘 要 随着时代的发展，城市发展建设也在不断加快，人们对于定位技术的精准性、实时性也提出了更高的要求。而传统定位存在的缺陷众多，且极易受到光线、烟尘、电磁信号的干扰。由于超声波具有穿透能力强、稳定性好的特性，所以超声波定位优势就十分凸显。本设计通过分别监测在目标物体发射一连串调制后的超声波及其接收的时间差来得知传感器与两个不同位置的固定点间的距离值，通过三角定位原理，进而最终实现定位。本设计的独特之处是在原有的基础上再添加红外线传感器来弥补超声波在方向性上的不足，从而使定位精度进一步提高。本次设计便是基于此实现定位，而显示的部分则通过数码LED来显示。对于系统核心的芯片部分的选择，由于STC89C51单片机具有较多的功能，其运行速度也相对较快，因此我们选择STC89C51作为本次设计的主要控制模块核心。对于传感器件在综合考虑及实验后选择了便利性较强的超声波模块（HC-SR04）。显示部分则使用成本相对较低的CL5461BH数码管。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的意义 2
1.3国内外的现状与发展前景 2
1.4本文研究主要内容 3
1.4.1超声定位原理及方法 3
1.4.2主要研究内容 3
第二章 51系列单片机的简介 5
2.1引言 5
2.2 51单片机 5
2.3小结 5
第三章 设计要求与方案论证 7
3.1设计要求 7
3.2设计内容 7
3.3系统模块的选择与论证 7
3.3.1 硬件核心的选择与论证 7
3.3.2显示模块的选择与论证 9
3.3.3超声波模块的选择与论证 10
3.4 主要器件的选定 12
第四章 系统硬件电路的设计 12
4.1系统硬件概述 12
4.2主要单元电路的设计 13
4.2.1单片机主控模块的设计 13
4.2.3显示模块的设计 14
第五章 系统软件调试 16
5.1程序流程框图 16
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2调试 16
5.2.1 Keil uVision 5软件简介 16
5.2.2 程序设计与调试步骤 17
第六章 实物演示及问题解决 18
6.1 实物连接 18
6.2 实物演示 19
6.3解决的问题 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1引言
在科学技术迅猛发展，社会面貌日新月异的今天，人民的生活水平不断提高，城市的建设也在飞速的加快，人民对于美好生活的向往也愈发的强烈。而时下社会发展所需求的港口的集装箱精确放置、工厂的设备精准调控、停车场的车辆安全停放、道路交通的节点全局控制等大型户外场地工作无不与定位息息相关，因此，一个精准的定位系统成为时下社会迫在眉睫的需求。科学技术是第一生产力，科学技术的发展必将以越来越快的速度推动社会生产力的全面发展。科技的革新已显得愈来愈重要，科技的创新必将成为新时代的主流。面向世界科技的前沿，我们只有通过不断的创新和改进技术才能跟得上整个大环境的步伐，才能够掌握竞争的先机。时下信息时代的高速发展同样也推动着定位技术的不断进步，诸多的定位技术也如雨后春笋般应运而生。
定位技术是一门古老而又年轻的技术，在浩瀚的历史长河中，定位技术的发展伴随着人类文明的延续生生不息。从广袤的海洋，到壮阔的星空，定位技术以各式各样的方式推动着文明的进步。追溯到遥远的石器时代，原始人们便根据烟雾的信号寻找村落的位置。而星象家们则通过观察星海，从而实现自身位置的判断。这些古老而又原始的定位方式陪伴着人类度过了艰险的生存时代，伴随着波澜壮阔的大航海时代的到来，罗盘和指南针成为了航海家们探索未知世界的利器，也推动着人类文明的发展到达新的顶峰。历史的进程往往充斥着战争的硝烟和血腥，定位技术不可避免的被运用于军事武器的革新中，在第一次世界大战期间，法国科学家保罗朗之万便成功运用超声波定位技术侦测到了深海的德国潜艇。上世纪60年代，随着第一颗人造卫星的升天，也开创定位导航的新时代，揭开定位技术的新篇章。随着信息时代的到来，人们对于定位技术的精准性、实时性也提出了更高的要求，为此，全球定位系统（GPS）便登上了历史的舞台。全球定位系统使人类成功实现了实时、精准、全球性定位。在1991年的海湾战争，由于美国拥有绝对领先的定位技术，使得无论是在茫茫的北部沙漠，还是在复杂的卡夫吉城区，多国联军都能来去自如，而伊拉克精心布置的军事部署，都清晰精准的展现在多国联军的卫星图上。随着定位技术渐渐面向民众，众多的定位技术也应运而生，比如：WIFI定位技术、蓝牙定位技术、无载波通信（UWB）定位技术、超声波定位技术。
而在广泛运用的定位技术中，超声波定位凭借其简易的操作性、良好的精准度和优异的适应性，广受人们的青睐。
超声波定位系统同样也符合我们当今时代的发展趋势，同样也是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器由于其微型化、智能化、多功能化等优点，已成为改造传统产业、创新新兴产业不可或缺的一环。随着传感器技术的迅猛发展，传感器早已渗透到各个领域，已经给我们人民生活方式带来了巨大的改变。伴随着各式各样以传感器为核心的产品的涌入，小到电子手表、智能手机，大到车辆、无人机，几乎每一个信息时代的现代化项目都离不开传感器。
本章的主要内容是基于现已有的科研成果下，简单地介绍当代定位技术在国内与国外的现状及发展前景，重点介绍超声波定位国内外现状和发展前景和本文所研究的内容。
1.2研究的意义
近年来，随着社会对精准定位的需求越来越大，定位的手段也越来越多样化。而传统的定位方式存在诸多的缺陷，且极易受光线、烟尘、电磁信号的干扰，而当代社会发展所需要的码头物流定位、车辆停车定位、交通节点定位等对时下的定位系统提出了更高的要求，传统定位方式在诸多复杂的大型户外场地中难以实现精准定位，而超声波具有稳定性高、强度高、抗干扰能力强的特性，相比传统定位方式具有一定的优势，完全可以应对复杂的户外场地精准定位。而本文所研究的超声波定位系统又与其他超声波定位系统有着不同之处，由于超声波传感器的方向性较弱，响应时间较长，从而导致精度上存在不足。经过查证研究，我们发现红外线方向性较强、相应时间短，可以与超声波的缺点形成互补，因而我们借助添加红外线传感器，从而提高定位系统整体的精度。
1.3国内外的现状与发展前景
目前己经研制出的超声波定位系统，其可定位距离的最大量程范围一般都在10米左右，普遍可测量距离较短。而美国的AIRMAR公司所推出的rducer AIUO超声波传感器的作用距离可达30m之多，但售价高，且大多数研究都是以绝对误差的精准值作为参考，并且是在毫米范围内的差距[1]。德国的Toposens公司于2018年推出的TS Alpha超声波3D传感器甚至能够实时创建周围近场环境的3D点云图，追踪任何静态或动态物体的位置，其精度误差小于1cm，但其售价过于昂贵，且主要工作环境为近场环境，并不具有普遍性和推广性[2]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的意义 2
1.3国内外的现状与发展前景 2
1.4本文研究主要内容 3
1.4.1超声定位原理及方法 3
1.4.2主要研究内容 3
第二章 51系列单片机的简介 5
2.1引言 5
2.2 51单片机 5
2.3小结 5
第三章 设计要求与方案论证 7
3.1设计要求 7
3.2设计内容 7
3.3系统模块的选择与论证 7
3.3.1 硬件核心的选择与论证 7
3.3.2显示模块的选择与论证 9
3.3.3超声波模块的选择与论证 10
3.4 主要器件的选定 12
第四章 系统硬件电路的设计 12
4.1系统硬件概述 12
4.2主要单元电路的设计 13
4.2.1单片机主控模块的设计 13
4.2.3显示模块的设计 14
第五章 系统软件调试 16
5.1程序流程框图 16
5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2调试 16
5.2.1 Keil uVision 5软件简介 16
5.2.2 程序设计与调试步骤 17
第六章 实物演示及问题解决 18
6.1 实物连接 18
6.2 实物演示 19
6.3解决的问题 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录 23
第一章 绪论
1.1引言
在科学技术迅猛发展，社会面貌日新月异的今天，人民的生活水平不断提高，城市的建设也在飞速的加快，人民对于美好生活的向往也愈发的强烈。而时下社会发展所需求的港口的集装箱精确放置、工厂的设备精准调控、停车场的车辆安全停放、道路交通的节点全局控制等大型户外场地工作无不与定位息息相关，因此，一个精准的定位系统成为时下社会迫在眉睫的需求。科学技术是第一生产力，科学技术的发展必将以越来越快的速度推动社会生产力的全面发展。科技的革新已显得愈来愈重要，科技的创新必将成为新时代的主流。面向世界科技的前沿，我们只有通过不断的创新和改进技术才能跟得上整个大环境的步伐，才能够掌握竞争的先机。时下信息时代的高速发展同样也推动着定位技术的不断进步，诸多的定位技术也如雨后春笋般应运而生。
定位技术是一门古老而又年轻的技术，在浩瀚的历史长河中，定位技术的发展伴随着人类文明的延续生生不息。从广袤的海洋，到壮阔的星空，定位技术以各式各样的方式推动着文明的进步。追溯到遥远的石器时代，原始人们便根据烟雾的信号寻找村落的位置。而星象家们则通过观察星海，从而实现自身位置的判断。这些古老而又原始的定位方式陪伴着人类度过了艰险的生存时代，伴随着波澜壮阔的大航海时代的到来，罗盘和指南针成为了航海家们探索未知世界的利器，也推动着人类文明的发展到达新的顶峰。历史的进程往往充斥着战争的硝烟和血腥，定位技术不可避免的被运用于军事武器的革新中，在第一次世界大战期间，法国科学家保罗朗之万便成功运用超声波定位技术侦测到了深海的德国潜艇。上世纪60年代，随着第一颗人造卫星的升天，也开创定位导航的新时代，揭开定位技术的新篇章。随着信息时代的到来，人们对于定位技术的精准性、实时性也提出了更高的要求，为此，全球定位系统（GPS）便登上了历史的舞台。全球定位系统使人类成功实现了实时、精准、全球性定位。在1991年的海湾战争，由于美国拥有绝对领先的定位技术，使得无论是在茫茫的北部沙漠，还是在复杂的卡夫吉城区，多国联军都能来去自如，而伊拉克精心布置的军事部署，都清晰精准的展现在多国联军的卫星图上。随着定位技术渐渐面向民众，众多的定位技术也应运而生，比如：WIFI定位技术、蓝牙定位技术、无载波通信（UWB）定位技术、超声波定位技术。
而在广泛运用的定位技术中，超声波定位凭借其简易的操作性、良好的精准度和优异的适应性，广受人们的青睐。
超声波定位系统同样也符合我们当今时代的发展趋势，同样也是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器由于其微型化、智能化、多功能化等优点，已成为改造传统产业、创新新兴产业不可或缺的一环。随着传感器技术的迅猛发展，传感器早已渗透到各个领域，已经给我们人民生活方式带来了巨大的改变。伴随着各式各样以传感器为核心的产品的涌入，小到电子手表、智能手机，大到车辆、无人机，几乎每一个信息时代的现代化项目都离不开传感器。
本章的主要内容是基于现已有的科研成果下，简单地介绍当代定位技术在国内与国外的现状及发展前景，重点介绍超声波定位国内外现状和发展前景和本文所研究的内容。
1.2研究的意义
近年来，随着社会对精准定位的需求越来越大，定位的手段也越来越多样化。而传统的定位方式存在诸多的缺陷，且极易受光线、烟尘、电磁信号的干扰，而当代社会发展所需要的码头物流定位、车辆停车定位、交通节点定位等对时下的定位系统提出了更高的要求，传统定位方式在诸多复杂的大型户外场地中难以实现精准定位，而超声波具有稳定性高、强度高、抗干扰能力强的特性，相比传统定位方式具有一定的优势，完全可以应对复杂的户外场地精准定位。而本文所研究的超声波定位系统又与其他超声波定位系统有着不同之处，由于超声波传感器的方向性较弱，响应时间较长，从而导致精度上存在不足。经过查证研究，我们发现红外线方向性较强、相应时间短，可以与超声波的缺点形成互补，因而我们借助添加红外线传感器，从而提高定位系统整体的精度。
1.3国内外的现状与发展前景
目前己经研制出的超声波定位系统，其可定位距离的最大量程范围一般都在10米左右，普遍可测量距离较短。而美国的AIRMAR公司所推出的rducer AIUO超声波传感器的作用距离可达30m之多，但售价高，且大多数研究都是以绝对误差的精准值作为参考，并且是在毫米范围内的差距[1]。德国的Toposens公司于2018年推出的TS Alpha超声波3D传感器甚至能够实时创建周围近场环境的3D点云图，追踪任何静态或动态物体的位置，其精度误差小于1cm，但其售价过于昂贵，且主要工作环境为近场环境，并不具有普遍性和推广性[2]。
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