超声波测距系统软件设计开题报告

全文总字数：3875字

1. 研究目的与意义（文献综述）

超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。

距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。而由于超声波的速度相对光速小的多，其传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。

超声波的研究最初起始于1876年flgalton的气哨实验。当时galton在空气中产生的频率达300khz，这是人类首次有效产生的高频声波。1912年豪华客轮泰坦尼克号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。1998年，曼内斯德马泰克有限公司推出了一种数字式超声波位移测量仪，李忠杰在《数字式超声波位移测量仪的研究》一文中介绍了这种测量仪的结构，工作原理和功能，其数据处理借助于单片机，给出了程序框图，对仪表的各部分硬件电路做了详细的说明，并列出了部分仪表的实测数据，分析了误差产生的原因。近十年来，国内科研人员在超声波回波信号处理方法，新型超声波换能器研发，超声波发射脉冲选取等方面进行了大量的分析与研究，并针对超声波测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。

2. 研究的基本内容与方案

(1）熟悉超声波测距的基本原理。所谓的超声波测距的原理其实属于一种时间差测距法，超声波发射器向某方向发射出超声波，在发射的同时计算传播时间，超声波在空气中传播，若是遇到障碍物会返回来，每当超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度是340m/s（默认情况下）,根据计时器记录时间t，就能够计算出发射点距离障碍物的距离（s),即为：s=340t/2.超声波测距原理是采用超声波在于空气中传播的速度为已知条件，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算发射点到障碍物的实际距离。

（2）熟悉单片机at89c52的引脚功能及其最小系统。at89c52是一个低电压，高性能cmos8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，at89c52单片机在电子行业中有着广泛的应用。at89c52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(i/o)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，at89c52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。at89c52的最小系统的作用主要是为了保证单片机系统能正常工作。单片机最小系统主要由at89c52单片机、外部振荡电路、复位电路和 5v电源组成。

（3）完成系统的软件设计。包括超声波测距主程序设计，超声波发生子程序设计，超声波接收中断子程序设计，显示数据子程序设计。超声波主程序首先对系统初始化，设置定时器的初值和工作方式，使总中断允许位ea=1，并给显示端口清零。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延时0.1ms（这也就是测距器会有一个最小可能测距的原因）后，才能打开外中断0接收返回的超声波信号。超声波发生子程序的作用是通过p1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号（频率约40khz的方波），脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器t0打开进行计时。超声波测距仪主程序利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即int0引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断后就立即关闭计时器t0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器t0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。前方测距电路的输出端接单片机int0端口，中断优先级最高，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。显示子程序的主要功能就是把测量结果经过单片机的处理后把距离显示出来。

3. 研究计划与安排

1-2周：确定选题，英文文献翻译3-4周：查阅文献，撰写开题报告5-10周：设计与实现11-12 周：撰写毕业论文13-14 周：修改、装订毕业论文15周：毕业论文答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1]赵又新.微机原理与接口技术[m].北京：中国电力出版社，2007.[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[m].北京：清华大学出版社,2010.[3]陈忠平.51单片机c语言程序设计经典实例[m].北京：电子工业出版社,2012.

[4]胡大可，李培弘，方路平.基于单片机8051的嵌入式开发指南[Ｍ]. 北京：电子工业出版社，2003.

[5]霍海波.基于单片机的超声波测距系统设计[j].电子技术与软件工程,2019(14):246-247.