高精度超声测距仪的研制【字数：10371】
摘 要课题为高精度超声测距仪的研制，在高精度超声测距仪的研制本项目中我们选取AT89C52单片机控制器来实现各个模块的连接，工作内容主要有显示、温度检测、距离检测、按键、主控制器、报警等。在超声波测距仪系统的硬件设计中，我们选取单片机作为系统的核心控制元件，具体设计内容包括超声波测距仪方案、单片机以及传感器的种类及型号的选择，并要结合部件设计显示模块；在系统软件设计中，最主要，最核心的内容是系统程序进行设计，搭配液晶显示屏显示系统相关的数据。系统实时采集温度的数据以及超声波测距的数据，通过温度数据计算超声波测距的补偿，进而得出更精确的距离数据，同时将测距数据显示在液晶上，用户还可以对距离报警数据进行设置，低于设置值从而进行报警。温度采集我们选择DS18B20模块来实现。超声波测距模块选择HC-SR04。使用C语言来实现源程序的开发和检测，选取Keil软件工具来进行源程序开发的运行。代码开发结束后选用Proteus仿真软件对Keil软件开发出来的程序进行调试，不断地进行优化，直至设计完成。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究意义 1
1.2本课题研究内容 1
第二章 系统方案设计 2
2.1系统整体方案设计 2
2.2主控制器设计论证 2
2.3显示模块设计论证 3
2.4声光报警设计论证 3
2.5温度检测方案设计 3
2.6距离检测方案设计 4
第三章 硬件电路设计 5
3.1主控制器电路 5
3.2显示电路 7
3.3报警电路 8
3.4温度检测电路设计 8
3.5距离检测电路设计 9
3.6按键电路设计 9
3.7超声波模块HCSR04设计 10
第四章 系统软件设计 11
4.1软件整体设计 11
4.2显示软件设计 11
4.3温度检测模块程序设计 12
4.4距离检测模块程序设计 14
第五章 程序与仿真调试 15
5.1程序调试 15
5.2 Proteus（ISI *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
S）仿真软件 16
5.3 Proteus（ISIS）仿真演示 18
5.4 故障排查 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一 仿真电路图 24
附录二 电路原理图 25
附录三 源程序 26
第一章 绪论
1.1课题研究的意义
当代社会超声波测距是测距的所有方案中较成熟的一种方案，可以无需接触物体就可以得到距离值的数据，超声波测距不受其他外力的影响，不像红外线测距仪就会受到光强度的影响，导致测量数据异常不准确。所以本项目我们选择超声波测距仪的方案测量。因为超声波测距仪检测的距离数据准确，精度高。
超声波模块内部已经设计好电路，使用起来非常方便，不需要再进行外围电路的设计。单片机是因为可以人为进行的逻辑设计，将设计思路通过单片机来运行，所以是当今最常用的设计开发方案。单片机的存储空间包括ROM和RAM，ROM是只能读的存储块，RAM既可以读又可以写的存储块，定时器因为可以在定时时进行中断设计，便于在逻辑开发中使用，源程序代码也非常简单，所以是非常好用的方案。单片机的出现改变了现代电子科技领域的发展现状，使电子开发越加简单，经过单片机的大量使用，我们可以用最简单的方式实现产品众多复杂的功能。单片机在汽车制造、电动车、智能化硬件、移动设备、工业的自动化等领域有着大量运用，也正是因为单片机的出现，才有现在如此丰富的智能化产品。
1.2本课题研究的主要内容
此项目为高精度超声波测距仪的研制，我们选取了AT89C52单片机芯片作为主控制器，可以实现超声波测距，并且集合温度补偿对让测距更加准确，精度更高，如果超过设置好的报警值，就立即进行报警。为了进行高精度超声波测距仪的研制系统整体的设计方案，我们不仅明确了各个功能模块具体的设计方案，还确定了设计方案中器件的型号选择，细节的设计。根据选取器件的型号，设计出各个功能块的电路图，将设计出来的功能电路图进行连接，绘制出高精度超声波测距仪整体的系统设计电路图。软件的设计是通过C语言来进行源程序的编程，来完成源代码的开发，进行模块化设计，最后结合在一起，并且按照逻辑流程图设计出软件流程图。系统进行最终的调试，对源程序的结构逻辑进行验证，看源程序是否可以实现高精度超声波测距仪的整体功能，对设计中存在的缺陷进行优化，直到实现高精度超声波测距仪系统中的所有功能。
第二章 系统方案设计
本章主要介绍了超声波测距仪的系统整体方案的设计和各个模块的设计论证。
2.1系统整体方案设计
超声波测距仪项目涵盖了显示、报警提示、温度检测、距离检测、主控制器、按键等硬件和软件的设计。我们以单片机作为超声波测距仪系统的设计中核心的控制元件，具体内容包括选取超声波测距仪的方案、单片机和传感器的种类及型号，显示模块的设计；在超声波测距仪系统软件的设计中，系统程序的设计是最核心的设计，软件的设计需要完成温度采集距离采集等功能，最后实现软件和硬件的结合。超声波测距仪系统中需要超声波测距数据和实时采集温度数据，通过温度数据计算超声波测距补偿，进而得出更精确的距离数据，同时将测距数据显示在液晶上，用户还可以对距离报警数据进行设置，如果低于设置值进行报警。系统结构框图如图21所示。
图21 系统结构框图
2.2主控制器设计论证
方案一：
通过一定的学习我所采用的是AT89C51单片机属于51系列的单片机，AT89C51在性能要求不高的系统中广泛运用有着重要的地位，虽然AT89C51芯片价格低廉，但AT89C51没有ISP技术，后期的调试过程中，一旦电路的程序出现错误或是增加新的功能，那就只能重新对芯片进行程序的录入后，再安装，这样做的结果不止损害AT85C51芯片，还浪费了大量的时间。所以方案一不适用。
方案二：
由于AT89C51不适用，我们又进行大量资料的查找，最终找到了AT89C52单片机芯片。它不单单在AT89C51单片机芯片的基础上进行了升级，还添加了很多先进的技术；改进后的AT89C52芯片不但继承了8051，更是增加了FLash编程技术，在实际使用的时候，只需要直接下载程序就可使用，不用依靠编程器的辅助；同时该芯片还有12时钟、6时钟两种机械周期可以选择，AT89C52单片机不仅性价比较最高，而且抗干扰的能力也比AT89C51强。
所以本项目的主控制器最终选择方案二来进行设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究意义 1
1.2本课题研究内容 1
第二章 系统方案设计 2
2.1系统整体方案设计 2
2.2主控制器设计论证 2
2.3显示模块设计论证 3
2.4声光报警设计论证 3
2.5温度检测方案设计 3
2.6距离检测方案设计 4
第三章 硬件电路设计 5
3.1主控制器电路 5
3.2显示电路 7
3.3报警电路 8
3.4温度检测电路设计 8
3.5距离检测电路设计 9
3.6按键电路设计 9
3.7超声波模块HCSR04设计 10
第四章 系统软件设计 11
4.1软件整体设计 11
4.2显示软件设计 11
4.3温度检测模块程序设计 12
4.4距离检测模块程序设计 14
第五章 程序与仿真调试 15
5.1程序调试 15
5.2 Proteus（ISI *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
S）仿真软件 16
5.3 Proteus（ISIS）仿真演示 18
5.4 故障排查 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一 仿真电路图 24
附录二 电路原理图 25
附录三 源程序 26
第一章 绪论
1.1课题研究的意义
当代社会超声波测距是测距的所有方案中较成熟的一种方案，可以无需接触物体就可以得到距离值的数据，超声波测距不受其他外力的影响，不像红外线测距仪就会受到光强度的影响，导致测量数据异常不准确。所以本项目我们选择超声波测距仪的方案测量。因为超声波测距仪检测的距离数据准确，精度高。
超声波模块内部已经设计好电路，使用起来非常方便，不需要再进行外围电路的设计。单片机是因为可以人为进行的逻辑设计，将设计思路通过单片机来运行，所以是当今最常用的设计开发方案。单片机的存储空间包括ROM和RAM，ROM是只能读的存储块，RAM既可以读又可以写的存储块，定时器因为可以在定时时进行中断设计，便于在逻辑开发中使用，源程序代码也非常简单，所以是非常好用的方案。单片机的出现改变了现代电子科技领域的发展现状，使电子开发越加简单，经过单片机的大量使用，我们可以用最简单的方式实现产品众多复杂的功能。单片机在汽车制造、电动车、智能化硬件、移动设备、工业的自动化等领域有着大量运用，也正是因为单片机的出现，才有现在如此丰富的智能化产品。
1.2本课题研究的主要内容
此项目为高精度超声波测距仪的研制，我们选取了AT89C52单片机芯片作为主控制器，可以实现超声波测距，并且集合温度补偿对让测距更加准确，精度更高，如果超过设置好的报警值，就立即进行报警。为了进行高精度超声波测距仪的研制系统整体的设计方案，我们不仅明确了各个功能模块具体的设计方案，还确定了设计方案中器件的型号选择，细节的设计。根据选取器件的型号，设计出各个功能块的电路图，将设计出来的功能电路图进行连接，绘制出高精度超声波测距仪整体的系统设计电路图。软件的设计是通过C语言来进行源程序的编程，来完成源代码的开发，进行模块化设计，最后结合在一起，并且按照逻辑流程图设计出软件流程图。系统进行最终的调试，对源程序的结构逻辑进行验证，看源程序是否可以实现高精度超声波测距仪的整体功能，对设计中存在的缺陷进行优化，直到实现高精度超声波测距仪系统中的所有功能。
第二章 系统方案设计
本章主要介绍了超声波测距仪的系统整体方案的设计和各个模块的设计论证。
2.1系统整体方案设计
超声波测距仪项目涵盖了显示、报警提示、温度检测、距离检测、主控制器、按键等硬件和软件的设计。我们以单片机作为超声波测距仪系统的设计中核心的控制元件，具体内容包括选取超声波测距仪的方案、单片机和传感器的种类及型号，显示模块的设计；在超声波测距仪系统软件的设计中，系统程序的设计是最核心的设计，软件的设计需要完成温度采集距离采集等功能，最后实现软件和硬件的结合。超声波测距仪系统中需要超声波测距数据和实时采集温度数据，通过温度数据计算超声波测距补偿，进而得出更精确的距离数据，同时将测距数据显示在液晶上，用户还可以对距离报警数据进行设置，如果低于设置值进行报警。系统结构框图如图21所示。
图21 系统结构框图
2.2主控制器设计论证
方案一：
通过一定的学习我所采用的是AT89C51单片机属于51系列的单片机，AT89C51在性能要求不高的系统中广泛运用有着重要的地位，虽然AT89C51芯片价格低廉，但AT89C51没有ISP技术，后期的调试过程中，一旦电路的程序出现错误或是增加新的功能，那就只能重新对芯片进行程序的录入后，再安装，这样做的结果不止损害AT85C51芯片，还浪费了大量的时间。所以方案一不适用。
方案二：
由于AT89C51不适用，我们又进行大量资料的查找，最终找到了AT89C52单片机芯片。它不单单在AT89C51单片机芯片的基础上进行了升级，还添加了很多先进的技术；改进后的AT89C52芯片不但继承了8051，更是增加了FLash编程技术，在实际使用的时候，只需要直接下载程序就可使用，不用依靠编程器的辅助；同时该芯片还有12时钟、6时钟两种机械周期可以选择，AT89C52单片机不仅性价比较最高，而且抗干扰的能力也比AT89C51强。
所以本项目的主控制器最终选择方案二来进行设计。
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