大学毕业设计（论文）题目：基于单片机的超声波测距系统设计指导教师：马旭东职称：讲师学生：郭浩泉学号：专业：电子信息工程院（系）：信息工程学院完成时间： 2014年5月18日2014年 5月 18日毕业设计（论文）任务书附表一题目来源：此表指导教师填后、复印，指导教师、学生各保存一份，交院教学办一份毕业设计（论文）开题报告附表二毕业设计工作中期检查Ⅰ附表三2014年 3 月20日此表学生填写，指导教师给出评语后，复印件于第五周交院教学办公室。
毕业设计工作中期检查Ⅱ附表四 2014 年 4 月20日指导教师组织学生口头汇报后，学生填写该表，教师给出评语后，于第十周交院教学办公室。
基于单片机的超声波测距系统设计摘要距离是在不同场合中经常需要检测的一个参数，人们一直都在研究和探讨实现距离测量的最佳方法。
介绍了超声波测距的原理，利用超声波传感器作为核心器件，采用温度补偿的方法实现了对5cm～360cm距离的准确测量。
该测距系统由AT89S52单片机、HY_SRF05超声波传感器、DS18B20温度补偿电路、LCD1602显示电路、报警电路等组成。
此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高等优点。
测量结果表明，该系统误差不超过3cm。
该系统具有结构简单、成本低、性能可靠，精度高，实时显示障碍距离等优点，有一定的实用价值。
关键词：AT89S52；HY_SRF05；超声波测距；温度补偿Abstract: The distance is a parameter that needs to be detected in different occasions. People have been studying and discussing the best way to realize the distance measurement. The principle of ultrasonic distance measurement is presented. Ultrasonic sensors are used as the core device and method of temperature compensation is introduced to realize the accurate measurement of distance from 5 centimeters to 360 centimeters. The system includes AT89S52 single chip, HY_SRF05 ultrasonic sensor, DS18B20 temperature compensation circuit, LCD1602 display circuit and alarm circuit. Test results show that the measurement error of the system is less than 3 centimeters. Because of the characteristics of simple structure, lost cost, reliable performance, high accuracy and real-time distance display of obstacles. The system has certain practical value.Keywords: AT89S52; HY_SRF05; Ultrasonic Ranging; Temperature Compensation目录1 绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 国外现状 (1)2 超声波测距系统原理 (2)2.1 超声波及其特征量 (2)2.1.1 超声波 (2)2.1.2 超声波基本波形 (3)2.1.3 声速 (3)2.1.4 声强 (3)2.2 超声波传感器 (3)2.3 超声波测距原理 (5)2.4 系统整体结构设计 (5)3 系统硬件设计 (5)3.1 单片机最小应用系统 (5)3.1.1 AT89S52单片机简介 (6)3.1.2 时钟电路 (7)3.1.3 复位电路 (8)3.2 超声波发射电路 (9)3.3 超声波接收电路 (11)3.4 HY_SRF05传感器模块电路 (12)3.5 LCD1602液晶显示电路 (12)3.5.1 LCD1602液晶显示器简介 (12)3.5.2 显示电路 (13)3.6 温度补偿电路 (14)3.6.1 DS18B20温度传感器简介 (14)3.6.2 测温电路 (15)3.7 蜂鸣器报警电路 (15)4 系统软件设计 (16)4.1 流程图 (16)4.2 程序设计 (18)4.2.1 按键子程序设计 (18)4.2.2 DS18B20测温子程序设计 (18)4.2.3 LCD1602显示子程序设计 (19)5 软件编译及系统仿真 (19)5.1 软件编译 (19)5.2系统仿真 (20)5.2.1 仿真环境 (20)5.2.2 仿真 (20)6 实验结果分析 (23)7 总结与展望 (24)7.1 总结 (24)7.2 展望 (24)致 (25)参考文献 (26)附录1 (27)附录2 (28)1 绪论1.1 课题背景及意义传统的测距方法在某些特殊条件下存在着很多不易解决的问题。
例如，传统的接触式液位测量，由于电极长期浸泡在液体中，所以存在易腐蚀、不便检修和维护、失去灵敏性等问题。
而应用超声波的液位测量具有非接触、检修和维护方便、结构简单、性能稳定等优点，彻底解决了传统的接触式测量存在的问题。
另外，超声测距分辨率高、方向性强、适用围广，并且几乎不受光线、烟雾、电磁干扰等因素的影响。
超声波测距在移动机器人避障、工业控制、三维精确定位、倒车雷达、曲面形仿检测等领域得到了广泛的应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息容易检测出来，具有较高的分辨力，因而其准确度也较其它方法高。
超声波测距电路既可以由分立元器件搭建，但此种方法搭建的电路往往结构庞大、可靠性差、调试困难、不易扩展。
基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。
通过简单的外围电路发射和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧、精度高、反映速度快、可靠性好。
在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。
1.2 国外现状超声换能器：以气体为耦合介质，在空气中发射和接收超声波进行超声检测的检测技术是检测声学的一个重要领域。
气介超声检测技术主要具有两个方面的优点：一是因为气体在空气中的波速较慢，所以气体中声波波长短，在气体中进行测距具有更高的精度和分辨率；二是其非接触式检测方式，适合于无法使用其它耦合剂的其他应用领域。
超声检测技术在距离测量、室报警、导盲等方面得到了广泛应用。
但气介超声检测技术很久时间以来都没有得到很好的展，其最主要的原因是，超声波在气体界面上的声透射非常低，气体的声阻抗高达4000瑞利。
另外，空气中声波频率越高衰减越强、空气中声波波速随温度变化、空气中检测声波易受环境噪声影响等原因也制约了气介超声检测技术的发展，但长期以来限制气介超声检测技术应用的恰巧是超声换能器本身。
由于空气的声阻抗和换能器材料的声阻抗不同，导致严重的阻抗不匹配，从而空气换能器的效率很低，频带也很窄，从而不能满足一般超声检测系统的信噪比、分辨率、灵敏度的要求。
但最近一段时间以来，空气换能器的研究伴随着纳米加工技术和材料科学的发展也有了很大的发展。
新型的采用多层匹配技术的压电瓷空气换能器和采用半导体硅工艺制成的电容式换能器在中心频率、带宽、插入损耗等特性都有非常大的改善，也促进了气介超声检测技术的发展。
目前常用的气体耦合超声换能器有静电式空气超声换能器和压电式超声换能器，它们都具有效率高、频带宽的特点。
气体耦合超声换能器件的发展，使空气中超声检测技术得到了广泛应用利用脉冲回波检测技术可实现距离的非接触测量。
超声波回波信号处理方法：超声波测距中，超声波回波处理方法的优劣，直接关系到回波前沿的定位精度和渡越时间的测量精度，进而决定着超声探测定位系统的精度和反应速度。
近年来，童峰、Yang Yichun、程晓亮、Figueroa、Lee、Homberg等先后在该方面做了大量研究。
童峰等提出最小均方自适应时延估计（LMSTDE）的算法。
该算法消去了实际换能器与理想换能器的频率特性差，消除了信道由于斜向入射产生的传递特性对输出信号产生的影响，使整个系统保持平坦的频率响应，且输出均方误差最小。
但该算法计算量太大，特别在自适应滤波器的阶数高时，计算量明显增加。
Yang Yichun等针对传统相关计算法在信号的采样频率很低时计算得出的相关函数分辨率低这一不足，提出了基于修正的线性调频变换和相关峰细化原理的精确时延估计快速算法，精确计算相关函数的峰，使得低采样信号的时延估计精度得以提高，并且不受采样率的限制。
程晓畅等针对常规相关峰插值方法在多倍插值的情况下，计算复杂、时延估计精度差等缺陷，结合超声回波信号的窄带通特性和相关峰细化原理，提出了直接提取相关函数包络和包络峰细化的算法，并分析了计算复杂度; 并且还针对超声波换能器的带宽特性和单脉冲回波特性，对 M 序列参数设计方法进行分析，他们借鉴雷达信号处理中的脉冲压缩技术，提出了基于 FFT 的伪随机码包络相关快速时延估计的算法，将信号解调与匹配相关融合，减少了计算量这三种算法均属于互相关函数算法，与传统互相关函数算法相比，它们均在提高时延估计精度的同时，避免了计算量的大幅增加。
卜英勇等根据回波信号的传输特征，利用小波分析法对回波信号进行运算处理，提出了基于小波包络原理的峰值监测方法小波分析法是一种针对信号的时间-尺度（时间-频率）进行分析的方法，可以获得平滑、有效的回波包络曲线，进而利用峰值检测法确定回波前沿的到达时刻，具有高分辨率的优点。
付华等尝试利用 Elman 反馈神经网络逼近真实函数，以期望提高避障系统的测量精确度，降低避障系统的误判率。
Elman 网络隐层采用了“tansig”激活函数，输出层选用了“pureline”激活函数，从而只要有足够的隐层神经元个数，网络就能够以任意精度逼近任意函数。
试验证明，该方法在对超声波测距传感器进行温度、湿度补偿后，其测量精度提高了两个数量级。
先中等基于能量重心校正法和最小二乘法的原理，提出了一种改进型椭圆中心超声回波寻峰的算法，即通过曲线拟合搜索回波信号能量集中点——椭圆中心点，进而找到回波信号的峰值点。