微控制器系統課程設計報告書
題目：基於51微控制器的超聲波測距系統設計
院系名稱： 資訊工程學院
專業名稱： 電子資訊工程
班級： 資訊1201b
學號： 12341301xx
姓名： x x
指導教師禹定臣
超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，它屬於機械波的範疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規律，如在介質的分介面處發生反射和折射現象，在進入介質後被介質吸收而發生衰減等。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用於距離的測量中。
隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用於人們日常工作和生活之中。
系統的設計主要包括兩部分，即硬體電路和軟體程式。硬體電路主要包括微控制器電路、發射電路、接收電路、顯示電路和電源電路，另外還有復位電路和led控制電路等。我採用以at89c51微控制器為核心的低成本、高精度、微型化數字顯示超聲波測距儀的硬體電路。
整個電路採用模組化設計，由訊號發射和接收、供電、溫度測量、顯示等模組組成。發射探頭的訊號經放大和檢波後發射出去，微控制器的計時器開始計時，超聲波被發射後按原路返回,在經過放大帶通濾波整形等環節,然後被微控制器接收,計數器停止工作並得到時間。溫度測量後送到微控制器,通過程式對速度進行校正, 結合兩者實現超聲波測距的功能。
軟體程式主要由主程式、預置子程式、發射子程式、接收子程式、顯示子程式等模組組成。它控制微控制器進行資料傳送與接收，在一定溫度下對超聲波速度的校正，還有實現資料正確顯示在led上。另外程式控制微控制器消除各探頭對發射和接收超聲波的影響。
相關部分附有硬體電路圖、程式流程圖。
實際的環境對超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾通道干擾等等，空氣的溫度對超聲波的速度影響也很大。此外供電電源也會使測量差生很大的誤差。再設計的過程中考慮了這些因素，並給出了一些解決方案。
關鍵詞 at89c51 超聲波測距
近年來，隨著電子測量技術的發展，運用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經濟發展，電子測量技術應用越來越廣泛，而超聲波測量精確高，成本低，效能穩定則備受青睞。超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，它屬於機械波的範疇。
超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規律，如在介質的分介面處發生反射和折射現象，在進入介質後被介質吸收而發生衰減等。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用於距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用於人們日常工作和生活之中。
一般的超聲波測距儀可用於固定物位或液位的測量，適用於建築物內部、液位高度的測量等。
由於超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測物件顏色等的影響，較其它儀器更衛生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環境，具有少維護、不汙染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應用於紙業、礦業、電廠、化工業、水處理廠、汙水處理廠、農業用水、環保檢測、食品（酒業、飲料業、新增劑、食用油、奶製品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業中。可在不同環境中進行距離準確度**標定，可直接用於水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。
因此，超聲在空氣中測距在特殊環境下有較廣泛的應用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於實現實時控制，並且在測量精度方面能達到工業實用的指標要求，因此為了使移動機械人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統，以使其及時獲取距障礙物的位置資訊（距離和方向）。因此超聲波測距在移動機械人的研究上得到了廣泛的應用。
同時由於超聲波測距系統具有以上的這些優點，因此在汽車倒車雷達的研製方面也得到了廣泛的應用。
超聲波技術是一門以物理、電子、機械、以及材料科學為基礎的、各行各業都可使用的通用技術之一。超聲波技術是通過超聲波的產生、傳播以及接收的物理過程完成的。該技術在國民經濟中，對提高產品質量，保障生產安全和裝置安全運作，降低生產成本，提高生產效率特別具有潛在能力。
因此，我國對超聲波的研究特別活躍。
超聲波在介質中可以產生三種形式的振盪波：橫波，質點振動方向垂直於傳播方向的波；縱波，質點振動方向與傳播方向一致的波；表面波，質點振動介於縱波和橫波之間，沿表面傳播的波。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。
為了測量各種狀態下的物理量多採用縱波形式的超聲波。
(1) 超聲波的反射和折射
當超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過介面，在相鄰介質內部繼續傳播。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。
(2)超聲波的衰減
超聲波在一種介質中傳播，其聲壓和聲強按指數函式規律衰減。
(3)超聲波的干涉
如果在一種介質中傳播幾個聲波，於是產生波的干涉現象。由於超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成乙個包括最大最小的揚聲場。
(1) 機械作用
超聲波傳播過程中，會引起介質質點交替的壓縮與伸張，構成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機械效應。超聲波引起質點的運動，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動的頻率的平方成正比的質點的加速度卻很大，有時足以達到破壞介質的程度。
(2) 空化作用
在流體動力學指出，存在於液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定的值時，氣泡將迅速膨脹，然後突然閉合，在氣泡閉合時產生衝擊波，這種膨脹、閉合、振動等一系列動力學過程稱為空化。
(3) 熱學作用
如果超聲波作用於介質時被介質所吸收，實際上也就是有能量吸收，同時，由於超聲波的振動，使介質產生強烈的高頻振盪介質相互摩擦產生熱熱量，這種能量使介質溫度公升高。
總體上講，超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。
他們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。
壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶元和乙個共振板。當它的兩極外加脈衝訊號，其頻率等於壓電晶元的固有振盪頻率時，壓電晶元將會發生共振，並帶動共振板振動，便產生超聲波。
反之，如果兩極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶元作振動，將機械能轉換為電訊號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波感測器結構如下：
圖 2-1超聲波感測器外部結構圖 2-2超聲波感測器內部結構
電能或機械能轉換成聲能，接收端則反之。本次設計超聲波感測器採用電氣方式中的壓電式超聲波感測器分機械方式和電氣方式兩類，它實際上是一種換能器，在發射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶元和乙個共振板。
當它的兩極外加脈衝訊號，其頻率等於壓電晶元的固有振盪頻率時，壓電晶元將會發生共振，並帶動共振板振動，產生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶元作振動，將機械能轉換為電訊號，就成為超聲波接收器。在超聲波電路中，發射端輸出一系列脈衝方波，脈衝寬度越大，輸出的個數越多，能量越大，所能測的距離也越遠。
超聲波發射換能器與接收換能器其結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標誌。
超聲波測距的方法有多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。本設計採用往返時間檢測法測距。
其原理是超聲波感測器發射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質傳播，到達測量目標或障礙物後反射回來，經反射後由超聲波接收器接收脈衝，其所經歷的時間即往返時間，往返時間與超聲波傳播的路程的遠近有關。測試傳輸時間可以得出距離。
假定s為被測物體到測距儀之間的距離，測得的時間為t／s，超聲波傳播速度為v／m·s－1表示，則有關係式(2-1)
s=vt／22-1)
在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，按式(2-2)對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。
52微控制器超聲波測距系統 30工作總結
本科畢業設計 工作總結 學院 機械與控制工程學院 課題名稱 超聲波測距系統 專業 方向 班級學生指導教師 日期 2013年5月5日 一開始從馬老師手中接過任務書之後，跟馬老師對畢業設計提出的任務書要求進行交流溝通，馬老師的詳細耐心解釋提出的要求具體對應的知識點，並給我指點 設計的方向跟大概方案的制定...
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