摘 要

本文借助于单片机控制，设计了一种温度补偿功能的测距系统，可应用于井深、管道、倒车等工业生活场景中。论文使用STC89C52单片机，完成了超声波发射电路、接收电路、按键电路、显示电路的设计和制作。论文的整体设计分为：整体方案的研究以及所用到的元器件资料收集、硬件电路图设计、流程图及程序代码设计。该设计系统调试简单，成本便宜，具备很高的实用价值和广阔的市场前景。

论文主要研究了环境温度对测距结果的影响，以及如何使用DS18B20对环境温度进行补偿。最终的设计结果显示，选用了DS18B20数字温度传感器，使得测距系统的误差小于1cm。其最终的测量范围在0.01~2m，精确度为1cm。

关键词：单片机；超声波测距；DS18B20；温度补偿

Abstract

In this paper, by means of a single-chip control, design of a temperature compensation function ranging system, can be used in depth, pipelines, parking and other industrial life situations. Paper use STC89C52 SCM completed ultrasonic transmitter circuit, receiver circuit, key circuit, display circuit design and production. The overall design of the thesis is divided into: research and information on the components used in the overall scheme of the collection, hardware circuit design, code design and flow chart. The design system debugging simple, inexpensive cost, with high practical value and broad market prospects.

This paper describes the effects of ambient temperature on the ranging results, and how to use DS18B20 ambient temperature compensation. The final design results show that, using the DS18B20 temperature sensor system, such that the error system is less than 1cm. In the final measurement range 0.01 ~ 2m, accuracy of 1cm.

Keywords: Microcontroller；Ultrasonic Ranging；DS18B20；Temperature Compensation

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2课题研究的意义 1

1.3课题研究的内容 2

第2章 方案设计 3

2.1超声波测距的原理 3

2.2系统方案设计 3

2.3 开发环境 4

2.3.1软件开发环境 4

2.3.2硬件开发环境 5

第3章 系统硬件电路设计 6

3.1单片机及其外围电路 6

3.2超声波发射电路与接收电路 10

3.2.1超声波发射电路 10

3.2.2超声波接收电路 10

3.2.3 US-100超声波模块 11

3.3DS18B20测温电路 14

3.4按键电路 16

3.5显示电路 16

3.6 硬件电路总图 17

第4章 系统软件设计 18

4.1主程序 18

4.2中断服务子程序 19

4.3温度补偿与计算子程序 19

第5章 测试结果 22

5.1实验方法与结果 22

5.2 实验误差分析 22

第6章 结论 23

参考文献 24

附录A 25

附录B 26

附录C 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1课题研究背景

因为传感器和单片机控制技能的不断发展，非接触式检测技术也正在被普遍的应用在多个方面。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、红外探测、雷达测距、激光测距等^[1]。与其它测量方法相比，超声波的指向性更强，传输过程中的能量消耗比较慢，介质间的传播距离较远。在科技迅速发展的今天，超声波测距在井深、管道、液位测量、移动机器人、倒车等领域也被广泛使用，应用前景广阔。

作为非接触测量，与其他的测距方式相比，超声波测距具有不受光线、被测对象、数据处理简单，设计方便且操作简单，测量精度高、不受电磁波干扰等特点,更适合于更适用于电磁干扰强、有毒、暗、烟雾环境^{[2, 3]}。超声波测距可以应用于有腐蚀性的液体测量，像强酸强碱液体等，也可以应用于短距离高精度的测量，比如在汽车防撞、倒桩等；还可以应用于曲面检测方面，比如对水下地形的分析。

而与传统测距方式相比，超声波测距不受环境因素的影响。这使得超声波测距尤其在对人体有伤害或人工测量受限的环境中，有非常大的发展空间。不仅解决了人力资源的问题，节省了人力，同时超声波测距的元器件牢固耐磨，使用的时间长，大大降低了测距成本。不仅如此，超声波测距还可以提高测量精度，工业一般可达1cm，这是人力测量所不能比拟的。

目前，市面上已经有非常多的超声波发生器。按照超声波的产生的方式，可以分为电气方式和机械方式。最为常用的压电式超声波就属于第一类，它由两个压电晶体和一个共振板组成。当其工作时，压电晶体会产生谐振，驱动共振板，就产生了超声波。

综上所述，超声波检测的使用是快速，方便，简单，易于控制的，可以实现工业和实际要求的测量精度。

1.2课题研究的意义

随着社会的发展，和科技的日新月异，关于超声波的技术也在飞速的发展。其中，超声波测距技术也在我们的日常生活中起着越来越重要的作用。随着人们生活质量的提高，无论是民生、科技、安防、交通运输，各个行业中，超声波测距技术，都有很大的发挥的空间。

经查阅资料我们可以知道，超声波测距是一种非接触的测量，测量结果可靠，测量电路简单^[4]。超声波测距不仅与测量的距离有关，当然也与超声波在传播介质中的传播速度有关。在本次设计中，传播介质自然是空气。那么传播速度自然与空气的密度相关，而且是一种正相关。我们都知道，空气的密度又跟当时的温度是有很大的关系的。温度越高，超声波在空气中传播的速度就越快^[5]。所以再考虑如何提高超声波测距这种测量技术的测量精度的时候，我们一定要考虑到测量当时的温度情况。所以，在本次设计中，我们用的是温度补偿的方法，尽量减少测量当时的温度对超声波测距的精度的干扰。

本设计采用DS18B20数字芯片测温模块，对声速进行纠正，可以很大程度是上减小系统误差，提高测距的精度。

1.3课题研究的内容

本论文研究的测距系统在单片机的基础上设计，单片机设计的系统简单、方便、程序编译简单，并且测量的精度可以达到工业要求。