参考文献 21

附录A  源程序清单 22

附录B  元件清单 27

1 引言

随着科技的迅猛发展，科技成果日新月异，更是逐渐渗透到我们日常生活中来。基于单片机的超声波测距就是其中一项，而且与我们的生活息息相关。我们都知道，超声波在介质中传播时，其能量消耗缓慢，而且传播的距离比较远，所以超声波常常用于距离的测量，例如物位测量仪和测距仪等都可以利用超声波来实现。超声波测距计算简单、使用方便、而且容易做到实时控制，另外测量精度也能达到应用需求，因此超声波测距得到了广泛的应用。

1.1 课题背景及意义

有些无视觉能力的生物，例如蝙蝠等，他们防御及捕获猎物依靠的是利用超声波作为定位技术，利用超声波作为定位技术就是说生物体发射的人耳听不到的超声波，通过空气传播，遇到障碍物反射回来，生物体从反射回来的时间长短和回波强弱来判断障碍物位置的方法。因为超声波的波速比光速小的多，因此比较容易测量得到其传播时间，另外超声波强度好控制、容易定向发射、方向性好，所以人类能采用仿真技术利用超声波测量距离。“超声波测距是一种利用电子计数、声波特性、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。”论文网

超声波测距在某些方面有着非常显著的优点，超声波测距的原理是：超声波传感器发出超声波以后，遇到障碍物反射回来，通过计算超声波从发射到接收到回波的时间差来测量距离，因此它是一种非接触式的测量，它可以在某些特定场合或者环境比较恶劣的条件下使用，例如测量有毒或有腐蚀性的化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶的汽车之间的距离。

近年来，超声波精确测距应用的领域越来越广，需求也越来越大，如精确测量油料库和水箱的液面高度，检测物体内的气孔大小和机械内部的损伤等。本文针对超声波测距，进行了系统的硬件设计和软件设计。

1.2 超声波测距发展现状

就目前来说，超声波测距技术已经比较成熟，市场上关于超声波测距的产品，其精度基本都可达到1mm，同时稳定性也很高，适合在大部分环境条件下使用。超声波测距的应用领域包括机器人定位、测距、曲面仿真、避障等，虽然如此，但超声波测距也存在一些急需解决的问题，主要包括测量精度还有待提高，测量距离不够远，普遍只有10米之内，最远的也只有几十米；一些精度高或测量距离远的产品，其电路结构复杂，成本也比较高，而且依然存在一定距离的测距盲区等等，这些问题都限制了超声波测距的应用和发展。针对上述存在的问题，国内外的相关人员进行了努力的研究，研究主要集中在发射脉冲选取、超声波回波处理、新型换能器研发等等，目前已经取得了一些研究成果，例如一体化换能器；超声波回波处理方面，最小均方自适应时延估计算法；专用脉冲发生器；采用升压变压器和功率驱动芯片等，这些新的技术对于超声波测距的精度和距离有很大的提高。

1.3 本课题研究内容

本设计的主要内容就是设计一个超声波测距仪，由于超声波在空气中的传播速度已知，所以只要测量出超声波从发射到遇到障碍物反射回来的时间，就可以计算出发射点与障碍物的实际距离。本设计详细叙述了基于8051单片机的超声波测距仪的设计，利用超声波从发射到反射回来的时间差来计算距离，根据设计要求并综合各方面因素，本设计采用STC89C52RC单片机作为主控制器，控制超声波的发射和接收，用动态扫描法实现LED数码显示，用单片机的定时器完成超声波驱动信号，因为不同的超声波发生器发出的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，同时本设计要进行近距离测量，所以选择利用电气方式产生超声波的超声波发生器，也即压电式超声波换能器。本设计利用单片机编程产生频率为40kHz的方波，经过发射驱动电路放大，使得超声波传感器发射端振荡，发出超声波。超声波经障碍物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机的中断口。