论文总字数：21947字

摘 要

当今，测控技术在军用、工业、民用中的应用变得越来越广泛。采用超声波法测量距离有着许多优点，其最大的特点便是非接触式测量方式，是一种无损的检测。因为超声波模块性能稳定和成本低的优点，较之激光和雷达的测距方法应用领域更加广泛，在倒车辅助系统、机器人避障、工件检测、超声医学等方面越来越广泛。所以说，超声波来测距的方法在近年来得到了越来越多的使用，本文介绍的是带有温度补偿的超声测距系统，根据发射超声波和接超声波之间的时间差来得知声波走两倍距离所用的时间。同时温度补偿声速，由以上参数进而得知待测目标的距离。

关键词：51单片机 超声波测距 无损检测 温度补偿

Ultrasonic Distance Measurement System Based on MCU

Abstract

Today, the measurement and control technology in the military, industrial, civilian applications become more and more widely. Ultrasonic measurement of the distance has many advantages, its biggest feature is the non-contact measurement method, is a non-destructive testing. Because of the advantages of stability and low cost of ultrasonic module, it is more and more widely used in reversing auxiliary system, robot obstacle avoidance, workpiece detection and ultrasonic medicine than laser and radar. Therefore, the ultrasonic distance measurement method has been used in recent years, more and more use, this paper describes a temperature compensation with the ultrasonic distance measurement system, according to the launch of ultrasound and ultrasonic time difference between the ultrasonic waves to know that twice Distance of time used. At the same time the temperature compensates the speed of sound, from the above parameters and then know the distance of the target to be measured.

Key Words: : 51MCU; ultrasonic ranging ; non - destructive testing ; temperature compensation

目录

摘要

Abstract

第一章 引言

1.1研究现状

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 研究思路和方法

1.4本章小结

第二章 超声测距综述

2.1超声波与超声传感器

2.1.1 超声波

2.1.2 超声波传感器

2.1.3超声传感器的主要参数如表2-1

2.2超声测距原理

2.3本章小结

第三章 硬件设计方案

3.1概述

3.2 超声波模块

3.1.1 超声波发射电路

3.2系统控制模块

3.3 晶振电路

3.4 复位电路

3.5 温度补偿电路

3.6 供电和下载电路

3.7 显示模块

3.8 本章小结

第四章 超声波测距的程序实现

4.1 开发工具介绍

4.1.1 Keil µVision

4.1.2 Altium Designer

4.2 主程序

4.2.1发射与接收

4.2.2 温度补偿程序

4.2.3数据处理程序

4.2.4显示程序

4.3 本章小结

第五章 超声波测距系统的实验

5.1实验目的

5.2 实验方法

5.3实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

附录 超声测距程序 30

第一章 引言

1.1研究现状

在发现了压电效应与反压电效应后，超声波开始得到发展。超声波真正得到运用是自二战期间海军采用声呐技术起的，而超声波测距的方法在近年来更是得到了飞速的发展，原因在于该方法具有精度较高、成本低、应用范围广以及是一种无损的检测方式。

在国外，超声波的相关技术已经十分成熟完善。早在18世纪左右，科学就通过观察蝙蝠的夜间活动，从而发现了超声波的存在。在1920年左右时西欧的一些国家开始用超声波作为探测手段。苏联时第一个利用超声波探测物体内部构造。在20世纪五六十年代日本是首先将超声波用于医用的国家，如今甚至在利用超声波治疗癌症。如今，超声波在造船业、航空业、宇航业、核工业等高科技行业应用的很广泛。现在更是趋向智能化仪器的发展，例如在机器人避障、超声波细胞破碎仪、超声波清洗仪器、超声波探伤仪的应用。在测距方面，开始在相控阵模式下进行研究及发展，这是一种精度更高，性能更好的测距模式。

在国内，我国自上世纪五六十年代开始引入国外超声仪器开始，便开始了我国的研究，通过仿照和在国外超声仪器的基础上实现自主创新，我国正与国外不断的缩小差距。特别是八十年代中后期以后更是得到了飞速的发展，我国自主生产的超声波仪器在交通、机械、宇航、海航、医疗等方面也有着越来越广泛的应用。而且我们生产的超声波仪器价格普遍比欧美等国家低，所以部分型号的仪器出口量也很大。衡量整个超声仪器主要性能指标的主要是内部的压电晶片，在精度、功耗、体积、可靠性这些方面却几乎被国外垄断。而在后台软件处理、接口、界面、操作等方面，就没有那么大的差距了，在软件和用户界面上，国内还是处于世界顶尖水平。

当前，随卫平推导了传统信道均衡算法——基于因波包络的LMSTDE的原理进行了算法的改进，在很大程度上解决了较远距离的测量和高精度之间的矛盾^[1]，张丹通过调整发射探头的功率来适应不同距离的测量^[2]，简盈等人通过大作用距离的超声换能器来研究^[3]，郑丰隆，王晓宇等人则利用改善外围电路来补偿系统，修正误差^[4]，肖志红等人采用了抗干扰电路及合理算法，利用修正了的公式，提高了精度^[5]。

1.2 课题研究的目的和意义

如今，随着科技的发展，智能仪器和超声波技术得到了较大的发展，超声测距作为一种无损的检测方式，使用范围越来越广泛，在经济和、军事、科研等方面有着十分重要的地位。当前非接触式的检测方法有超声波法、雷达法、红外法和激光法^[6][7]，比之其他方法，基于这次课题采用的方法有着许多优点：

1. 传播快，能量集中，方向性强。

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