论文总字数：25935字

摘 要

本文主要介绍了利用超声波进行测距的原理和其在现实生活中的实际应用，并且设计了一种实现超声波测距的方法。文章借助单片机STC89C52和超声波传感器HC-SR04，利用C语言编写相应的程序，完成了距离测量的任务，并设计了按键报警子程序，显示子程序，实现了完整的超声波测距系统设计。文章详细介绍了STC89C52单片机和HC-SR04的工作原理及特性，画出了实现系统功能的主程序流程图和实现各部分功能的子程序流程图，最后通过搭建仿真电路完成了对设计软件系统的验证，也对提升超声波测距精度的方法进行了比较研究。

超声波测距广泛应用于各种工业场合，伴随着人工智能技术的发展，利用超声波进行距离的测量在智能制造及智能机器人中的应用也越来越成熟，利用超声波实现距离的测量，不仅在技术上易于实现，而且具有成本低可靠性高等优点，近几年在超声波测距方面的研究也是飞速发展。

关键词：超声波；测距；STC89C52；HC-SR04

Abstract

This paper mainly introduces the principle of using ultrasound to measure distance and its practical application in real life, and designs a method of measuring distance based on single-chip computer.With the help of single-chip computer STC89C52 and the ultrasonic distance measuring module HC-SR04, distance measurement is achieved using C language, and key alarm subprogram and display subprogram are designed to realize the complete design of the ultrasonic distance measuring system. The working principle and characteristics of STC89C52 single-chip computer and HC-SR04 are introduced in detail. The main program flowchart to realize the system functions and the subprogram flowchart to realize the functions of each part are designed. Finally, the design software system is validated by building simulation circuit, and the methods to improve the accuracy of ultrasonic ranging are compared

Ultrasound distance measurement is widely used in various industrial occasions. With the development of artificial intelligence technology, the application of distance measurement using ultrasound in intelligent manufacturing and intelligent robots has become more and more mature. The distance measurement using ultrasound is not only easy to achieve in technology, but also has the advantages of low cost and high reliability. In recent years, the research on ultrasonic distance measurement has also developed rapidly.

Key Words：ultrasonic； ranging；STC89C52；HC-SR04

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3预期目标 3

1.4章节安排 3

第2章 超声波简介及其测距原理概述 5

2.1超声波简介 5

2.1.1超声波概述 5

2.1.2 超声波技术的应用 5

2.2超声波测距的实现原理 6

2.2.1超声波测距的实现方法 6

2.2.2超生波传感器HC-SR04简介 7

第3章 系统总体设计 10

3.1系统总体设计方案 10

3.2控制电路选择 10

3.3 STC89C52单片机简介 11

第4章 系统软件设计 13

4.1程序设计语言及开发环境简介 13

4.2主程序设计 13

4.3显示子程序设计 14

4.4距离测量子程序设计 15

4.5按键子程序设计 15

4.6报警子程序设计 16

第5章 测距结果和分析 17

5.1设计结果分析 17

5.2系统误差产生的原因分析 19

5.3系统误差的解决办法 20

第6章 结论 21

致 谢 22

参考文献 23

附录 24

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

距离作为一个在多种场合需要被掌握的参数，它的测量和识别就变得重要起来，特别是在某些自动化工业领域，为了保证自动化生产机器在工作时保持一定的距离，以免发生碰撞带来事故，利用一定的手段去测量距离就成为一个必须解决的问题。最初期的测量距离的方法主要是接触式测量，接触式测量方法是利用一定的工具去接触到被测物体的表面，然后得到距离的方法，利用游标卡尺和千分尺进行距离的测量是最常见的接触式测量方法，利用接触式测量方法去测量距离的好处就是可靠性高且稳定，但是使用起来比较麻烦，且需要接触到元器件的表面，可能给元器件带来一定的损坏。随着技术的不断发展进步，非接触式测量距离的方法逐渐出现在大众视野中。非接触式测量方法顾名思义就是不需要与需要测量的元件有接触的测量距离的方法，常见的非接触式测量方法有影像测量，激光测量，超声波测量，工具显微测量等^[1]。利用非接触式测量的方法去测量距离的时候，测量工具不需要与需要测量的元器件有任何的接触，这样就不会给元器件带来任何的损伤，比较适合于复杂曲面以及软性表面零件的测量。

随着科学技术的快速发展以及各种传感器的大量应用，在工业中的各领域广泛地使用了非接触式测量方法去测量距离，其中应用最多的非接触式测距方法有激光测距、雷达测距和超声波测距。当激光被用来进行距离的测量的时候，它的测量速度很快，因为激光的传播方向性强，速度快，单色度和亮度都比较高，这就使得激光的穿透能力特别好，利用激光制成的测距仪在进行距离测量时的抗干扰能力非常强，几乎没有什么干扰可以影响到激光的传播，但是利用激光进行距离测量时对于数据的处理是比较麻烦的，计算处理起来复杂，所以利用激光进行距离测量的方法成本比较高。使用雷达进行非接触式测量距离的方法有一个非常突出的优点就是雷达可以二十四小时不间断地进行工作，而且在极其恶劣的工作环境下也可提供距离的测量，雷达测距可以实现高精度的较短距离测量，但是在进行长距离测量时雷达容易受到干扰，特别是一些电磁波会使雷达信号减弱甚至消失，严重影响雷达的工作，从而使雷达不能正常地完成距离测量的任务，此外利用雷达测距有着较高的成本。利用超声波进行距离的测量相比于雷达测距和激光测距，它有着自己独特的特点，超声波最开始被科学家进行实验研究是在十九世纪70年代，科学家通过气哨实验发现了超声波。随着时代和科技的进步，在20世纪初期，为了解决邮轮在航行中误触暗礁和冰山的问题，一些科学家萌发了利用超声波进行测距的设想，并且不断地深入研究，伴随着第一次世界大战，超声波测距有了飞快的应用与发展。利用超声波进行非接触式测距时，其抗干扰能力强，超声波的自身特性在一些极其恶劣的环境中并不会发生改变，在阴暗潮湿和充满灰尘的环境中，它的可靠性比雷达测距和激光测距都要好，而且使用时间长，寿命高，不需要频繁的进行维护检修。正是因为这些特点，超声波测距仪器广泛应用在各行各业中，在造纸厂、煤矿厂、发电厂、化学工厂、污水处理厂等都有它的身影，同时在建筑行业，例如修建防洪岸堤，进行公路限高处理时都可以应用到超声波测距仪器，它既能应用于固体之间距离的测量，也能完成各种液位高度的测量与控制，还能在线进行距离精度的修改与标定。此外，利用超声波实现距离的测量给人们的生活和工作也带来了巨大的便利，在汽车行业，超声波测距可以应用在汽车安全行驶方面，利用它可以测量出车主驾驶的汽车和其他汽车的距离，从而避免汽车因距离过近而碰撞造成损伤，在一些工业现场，也有超声波测距系统的身影，它们通过测量一些机器所需要的距离参数来满足生产过程的需要。伴随着技术的不断发展，超声波测距仪器已经被做得非常精巧，便于安装和携带，不仅能够实现高精度的距离测量，还可以随时随刻地进行距离的测量。

1.2国内外研究现状

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