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表3 浙江科技学院文献综述浙 江 科 技 学 院本科毕业设计(论文)文 献 综 述 (2009届)题 目 基于单片机的超声波 测距仪的设计与实现 学 院 信息与电子工程学院 专 业 电子信息科学与技术 班 级 电科051班 学 号 学生姓名 应洁 指导教师 陶坚 完成日期 2009年3月2日 基于单片机的超声波测距仪的设计与实现综述一、前言我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学,军事,工业,农业上有很多的应用。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。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很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高。超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。近年来，随着单片机在我国的推广，以其简单实用、功能强、体积小而日益广泛的被广大设计师采用，尤其在控制领域中的应用更为突出。单片机出现的历史并不长，但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题1-3。因此，本次基于单片机的超声波测距器的设计具有一定的实用和参考价值。二、有关概念和所需的知识背景超声波定义：是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz）。特点：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中；能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应）。超声波换能器超声波发射和接收采用15的超声波换能器TCT40-10F1（T发射）和TCT40-10S1（R接收）。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发射器；反之，如果两电极间未外加电压，当共振板受到超声波时，将压迫压电晶片做振动，讲机械能转化为电信号，这时它就成为超声波接受换能器了4。超声波测距原理超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time off light）。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为c，这样只要计算出从发出超声波信号到接受到返回信号所以的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：s=c*t/25。单片机STC89C52RCSTC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰,高速,低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路6。特点：1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU2.工作电压：5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的080MHz。实际工作频率可 达48MHz4.用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节5.片上集成1280字节/512字节RAM6.通用I/O口（32/36个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通 8051传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻， 作为I/O口用时，需加上拉电阻7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片8.EEPROM功能9.看门狗10.内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有），外部晶体20M以下时，可 省外部复位电路三、国内外研究的现状、各自的优缺点，以及未来的发展趋势测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。激光测距主要运用于军事方面。声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作，例如：液位、厚度、管道长度等场合。在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低，而且以声速传播，便于检测和计算。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同,造成回波信号的起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽,影响了测距的分辨率,尤其是对近距离的测量造成较大的影响7。其他还有一些因素,诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用,如何解决这些问题,提高超声波测距的精度,具有较大的现实意义。相信将来随着科学技术的不断进步，超声波测距器也会越来越完善。四、总结本次设计硬件电路主要分为时钟振荡电路、显示电路、超声波发射电路、超声波检测电路和报警电路五个部分8。软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接受中断程序、显示子程序及报警子程序组成9。该测距系统主要需要单片机STC89C52RC、反向器74LS04、超声波换能器TCT40-10F1(T发射)和(R接受)及集成电路CX20106A等等一些常见的电子器材，器材方面是可行的。根据所学的单片机知识和参考文献，预计可以的规定的时间内完成毕业设计。 最后再提两个建议。由于超声波也是一种声速，其声速C与温度有关。为了提高测距的精度，采用温度补偿的方法加以校正10。可以根据实际情况，修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。参考文献1 王安敏,张凯.基于AT89C52单片机的超声波测距系统J仪表技术与传感器2006(06)：44-492 张春光.基于单片机的超声波测距系统的设计J可编程控制器与工厂自动化2008(09)：16-193 Y. S. Huang M. S. YoungAn Accurate Ultrasonic Distance Measurement System with Self Temperature CompensationJInstrumentation science & technology2009，37(01)：22-294 戴曰章,吴志勇.基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计J计量与测试技术2005(02)：17-185 吴超,戴亚文.基于AT89S52单片机的超声波测距系统的设计J中原工学院学报.2008(10)：65-686 姚永平.STC89C51RC/RD+系列单片机指南DB/OL.www.MCU-M, 2005-6-257 苏炜,龚壁建,潘笑超声波测距误差分析J传感器技术2004(06)：8-118 李光飞,楼然苗,胡加文单片机课程设计实例指导M北京：航空航天大学出版社2004：86-919 李建法.超声波测距的电路设计与单片机编程J.安阳师范学院学报.2003(05)：47-4810 Sv. Noykov Ch. RoumeninCalibration and interface of a polaroid ultrasonic sensor for mobile robotsJSensors and Actuators2007，135(01)：55-58 学生签名： 年 月 日指导教师意见： 指导教师签字：年 月 日