（论文 字数：18754 页数：60）摘 要：随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，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。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。该测距仪最大测量距离是6米，精确度是0.1mm。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，可以用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：测量液位、井深、管道长度等场合。可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。

关键词: AT89C51,超声波,传感器,LED

ABSTRACT ：Along with the science and technology fast development, the ultrasonic wave more and more will be broad in the science and technology application .This article has carried on the theoretical analysis to the ultrasonic sensor range finder possibility, the use simulation electron, the digital electron, the microcomputer connection, the ultrasonic wave transducer, as well as the ultrasonic wave in medium knowledge and so on dissemination characteristic, uses take AT89C51 monolithic integrated circuit as the core low cost, the high accuracy, the microminiaturized numeral demonstrated the ultrasonic wave distance gauge the hardware electric circuit and the software design method has designed the system overall concept in this foundation, finally has realized each function module through the hardware and the software. The related part attaches the hardware circuit diagram, the program flow diagram. In order to guarantee the ultrasonic ranging sensor the reliability and the stability, have taken the corresponding ant jamming measure. On the ultrasonic wave dissemination characteristic, the ultrasonic wave transducer operational factor, the ultrasonic wave launch, the receive, the supersonic weak signal enlarged, the wave shaping, the speed transformation, the voice prompt electric circuit and the system function software and so on have given the specify. This distance gauge maximum survey distance is 6 meters, the precision is 0.1cm.Proved after the experiment that, this set of system software and hardware design reasonable, ant jamming ability strong, timeliness is good, the process system expansion and the promotion, may use in the back-draft radar, the building construction work site as well as some industry scene, for example: Survey situations and so on fluid position, well depth, pipeline length. May widely apply in the industrial production, the medicine inspection, the daily life, pilot less automobile, automatic work scene automatic guidance car, robot, liquid meter and so on.

Key words : AT89C51,ultrasonic wave, sensor, LED

目 录
第1章 前言 4
1.1概述 4
1.2超声波测距特性 5
1.2.1 超声波用于距离测量的优势 5
1.2.2 超声波测距仪 5
1.3设计要求 6
1.3.1 内容及任务 6
1.3.2 拟达到的要求或技术指标 6
第2章 总体设计 6
2.1方案的选择 6
2.1.1传感器的选择 6
2.1.2单片机的选择 7
2.2 超声波测距的原理 8
2.3总体设计框图 9
第3章 硬件电路设计 11
3.1 AT89C51系列单片机的应用 11
3.传感器的应用 12
3.2.1传感器的定义及作用 12
3.2.2压电式传感器 12
3.2.3利用传感器发送接收 13
3.2.4超声波传感器探测物体的方式 13
3.3超声波发射与接收模块 14
3.4超声波发射电路与驱动电路 14
3.5超声波接收电路与放大电路 15
3.6基于MAX7219的数码显示电路 16
3.7温度测量电路 17
3.8电源供应电路 17
3.9报警电路 18
第4章 误差和数据分析 19
4.1测距计算中温度补偿 19
4.2测距计算中误差分析 20
4.3数据处理 21
第5章 软体设计 22
5.1显示子程序 22
5.2外部中断子程序 23
5.3测量距离子程序 24
5.4定时中断子程序 25
5.5总程序及其流程图 27
6 总结 29
6.1设计系统的实用性与价值性 29
6.2设计系统的不足和改进方法 29
参考文献 31
致谢 32
附录 33
附录1 硬件电路的设计 33
附录2 软件编程 34
附录 文献综述 60

第1章 前言

1.1概述
超声波是指超过人的听觉范围以上(16KHZ)的声波。近二、三十年,特别是近十年来，由于电子技术及压电陶瓷材料的发展，使超声检测技术得到了迅速的发展。超声技术是一门以物理、电子、机械、及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等）来实现对非声学量（如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的测定。它的基本原理是基于超声波在介质中传播时遇到不同的界面，将产生反射，折射，绕射，衰减等现象，从而使传播的声时，振幅，波形，频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。与传统超声技术完全不同，新的超声技术具有以下特点：在不破坏媒质特性的情况下实现非接触性测量，环境适应能力强，可实现在线测量。