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超声波定位系统设计报告择要随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因和许多不可预见因素，城市排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,theimprovementofpeople'sstandardofliving,speedingupthedevelopmentandconstructionofthecity.Urbandrainagesystemhavegreatlydevelopedtheirsituationisconstantlyimproving.However,duetohistoricalreasonsmanyunpredictablefactorsinthesynthesisofhertime,thecitydrainagesystem.Inparticulardrainagesystemoftenlagsbehindurbanconstruction.Therefore,thereareoftengoodbuildingexcavationhasbeenbuildingfacilitiestoupgradethedrainagesystemphenomenon.Itbroughttothecitysewage,anditiscleartothecitysewageanddrainageculvertinthesewagetreatmentsystem.Comfortisveryimportanttopeople'slives.Mobilerobotsdesignedtoclearthedrainageculvertandtheautomaticcontrolsystemfreesewageculvertclearguaranteerobot,therobotisdesignedtocleartheculvertsewagetothecore.ControlSystemisthecorecomponentofthedevelopmentofultrasonicrangefinder.Therefore,itisveryimportanttodesignagoodultrasonicrangefinder.AtthecoreofthedesignusingAT89C51low-cost,highaccuracy,Microfiguresshowthattheultrasonicrangefinderhardwareandsoftwaredesignmethods.Modulardesignofthewholecircuitfromthemainprogram,presubroutinefiredsubroutinereceivesubroutine.Displaysubroutinemodulesform.SCMcomprehensiveanalysisoftheprobesignalprocessing,andtheultrasonicrangefinderfunction.Onthebasisoftheoverallsystemdesign,hardwareandsoftwarebytheendofeachmodule.Theresearchhasledtothediscoverythatthesoftwareandhardwaredesigningisjustified,theanti-disturbancecompetenceispowerfulandthereal-timecapabilityissatisfactoryandbyextensionandupgrade,thissystemcanresolvetheproblemofthecaravailably,buildingconstructionthepositionoftheworkplaceandsomeindustriesspotsupervision.目录择要……............................................ⅠAbstract……………………………………………Ⅱ绪论.................................................1Ⅰ.1超声波定位系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1Ⅰ.2本系统的特点与研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．1Ⅰ.3本设计研究与实现方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．1第一章：超声波定位系统原理..................21.1超声波的特性1.1.1超声波的物理性质1.1.2超声波的传播速度1.2超声波传感器1.2.1超声波传感器原理1.2.2超声波传感器的检测模式1.2.3超声波传感器系统构成1.3超声波定位系统1.3.1超声波定位系统的原理1.3.2超声波定位系统的组成第二章：超声波定位系统主要硬件的设计2.1总体方案设计2.2单片机主机系统电路2.2.1STC89C522.2.2单片机电路2.2.3复位电路2.2.4时钟电路2.3超声波测距系统电路设计2.3.1超声波发射电路2.3.2超声波接收电路第三章：超声波定位系统软件的设计3.1系统程序的结构3.2系统主程序3.340KHz超声波发送程序3.4超声波的接收和处理3.5距离计算及数据转换程序第四章：电路调试、误差分析及改进4.1电路的调试4.2误差分析4.2.1传感器引起的误差4.2.2声速引起的误差4.2.3单片机时间分辨率的影响4.2.4结果分析4.3改进结束语参考文献附录Ⅰ附录Ⅱ绪论Ⅰ.1超声波定位系统概述当前超声波测距技术应用已经比较成熟，但是对超声波定位系统的研究探讨才在刚起步的阶段。超声波定位的原理和无线电定位原理有比较相似，区别是超声波其在空气传播过程中的衰减很大，其仅能在较小的空间范围适用。在实际中，超声波测距系统在短距离测量中得到了应用，其精度在厘米级，如在没有人的车间的场所运动物体定位的选择等使用超声波定位系统比较好。本论文探讨超声波定位系统是在超声波测距的基础上，STC89C52RC单片机控制,超声波传感器是核心对象。单片机控制的超声波检测方法与其他方法相比，它具有检测速度快，计算方便，便于实时控制等优点，其测量精度往往较高。Ⅰ.2本系统的特点与研究意义GPS定位技术已经在导航、测图等方面得到了广泛的应用;而小型的基于超声波的定位技术则由于其装置硬件容易实现，价格比较低而且比较简单，经济兼实用，并且工作稳定，在小范围定位方面得到越来越广泛的应用。尤其在室内和一些恶劣的条件下,GPS定位系统无法使用,超声波定位技术就显得更为必要。超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以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生和接收超声波，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，在市场上很具有推广性。Ⅰ.3本设计研究与实现方法超声波定位系统主要基于研究超声波的测距方法，然后根据距离和提供算法来计算出待测物体的距离和角度。本设计是超声波反射式测距法：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，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υ，计时器记录的时间为t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：𝑠=𝑣2𝑡。测得两个超声波模块及物体分别与两个超声波模块的三个距离，可根据余弦公式求得物体与基点所成角度的值。第一章超声波定位系统原理1.1超声波的特性1.1.1超声波的物理性质超声波是指振动频率大于20000Hz以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。由于其频率高，因而具有许多特点：首先是功率大，其能量比一般声波大得多。再者由于它频率高，波长短，衍射不严重，具有良好的定向性。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。声波在各类介质中传播时，伴随传播间隔的增长，声波的强度会逐步减弱，这是因为介质吸取掉它的能量。同样的材料，超声波频率越高，被吸收越强，衰减越快。同样频率的声波，在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。在空气中传播，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。1.1.2超声波的传播速度因为超声波是一种声波,它的传播速度v和温度相关联,表2-1列举了几种在空气中不相同的温度下的声速。在使用过程中，如果没有温度的变化，认为声音的速度保持稳定。在室温下，空气中超声波速度大约是每秒334米，速度V是很容易改变的，音速会依空气状态(如湿度、温度、密度)不同而有不同数值。如摄氏零度海平面音速约为331.5m/s(1193km/h)；一万米高空音速约为295m/s(1062km/h)；另外每升高1摄氏度,音速就增加0.607m/s.如果测距精度高，应该通过温度补偿的方法加以纠正。假如场所当时的温度为T时,则可以知道超声波速度V的计算公式为：V=331×√(1+T/273)(m/S)（2-1）（注：T：是摄氏温度；V：在T℃时的音速）温度（℃）声速（m/s）-30313-20319-103250323103382034430386表2-1超声波波速与温度的关系确定了超声波的速度之后,只需要获得超声波的来回时间,则能求出间隔距离。超声波测距的原理就是这样的。图2-1就是超声波测距原理图：图2-1超声波测距的原理单片机触发40kHZ和频率信号，被放大之后通过超声波换能器输出，接收后的信号，进入超声波换能器后作为系统输入，该信号被锁定，锁定信号的产生驱动单片机的中断程序，读时间数为t，然后使用软件进行判断和计算，从而得到计算的结果被传输到LCD1602中显示。有四类因素限制的超声波系统的最大测量距离：超声波的振幅幅度、反射物质量、反射与入射波之间的夹角和换能器的接受灵敏度。由接收换能器对声波脉冲的接收能力决定最小可探测距离。1.2超声波传感器1.2.1超声波传感器原理超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。本设计使用压电式（外观结构与内部结构分别如图2-2和图2-3所示），压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器，它适用于在空气