关于超声波传感器论文材料

2.2.3.2 避障传感器的选择

方案1：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。但是超声波传感器需要40KHz的方波信号来工作，因为超声波传感器对工作频率要求较高，偏差在1％内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现。而用单片机作为方波发生器未免有些浪费资源。因此我考虑其他的方案。

方案2：用红外光电开关ST178进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此做出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，当检测到有障碍物的时候，光电对管就能够接收到物体反射的红外光，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电对管ST178操作简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。

考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用方便，便于操作和调试，我最终选择了方案2。

2.2.2寻迹传感器

方案1：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我放弃了这个方案。

方案2：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。

方案3：用ST178型光电对管。ST178为反射取样式红外线对管作为核心传感器件。它采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，以非接触检测方式，检测距离可调整范围大，4-10mm可用。ST178的示意图和特性曲线如图2-3所示。当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。因此我选择了方案3。

(a) ST178示意图 (b) ST178特性表

图2-3 ST178的示意图和特性曲线

2.2 传感器的选择

2.2.1 火焰传感器的选择

火焰检测有紫外传感器、烟雾传感器、温度传感器、红外传感器以及CCD图像传感器。我综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案。

方案1：用烟雾传感器。烟雾传感器广泛应用与火警检测。但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型电动车的火焰传感器也不够实用，因此我放弃了此方案

方案2：用紫外传感器检测火焰。紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来监测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即做出反应。但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统。

方案3：用光敏电阻作为传感器。所谓光敏，就是对光反应敏感。光敏电阻在光照条件下电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的组件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。CDS光敏电阻，灵敏度高，反应速度快，光谱特性及γ值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性，广泛应用于光探测和光自控领域中。但自然光对光敏电阻影响较大，因此我们不采用此方案。

方案4：用CCD图像传感器。用CCD图像传感器可以检测各种被检测量，适用于各种量的检测。但是用CCD图像传感器需要处理的信号量太大，且体积较大，不适合用于本系统。

方案5：用热释电红外测温传感器，热释电红外传感器TTS1000和TTS2000系列是根据LiTaO3的热释电效应设计的，用作检测器的热释电材料具有自发极化，其晶面能俘获大气中的自由电荷，从而保持中性，当晶面温度稍有变化即引起自发极化强度的变化，从而使晶面电荷量发生相应的变化。由于它是非接触式测温，用于测量火焰温度非常方便。

从经济和方便的角度考虑，我选择了方案5。

致 谢

本论文是在西南科技大学研究生实验室中完成的。我特别要感谢我的导师黄玉清老师。黄老师作为我毕业设计的指导老师，引导我全面了解机器人开发技术，悉心指导我作项目开发。机器人技术需要大量的自动化方面的知识，而我在这方面的知识有所欠缺，是黄老师的努力教导，才使我能够顺利完成此次毕业设计。黄老师对工作认真负责的作风、严谨的治学态度、丰富的科研经验、精湛的专业知识和真诚的待人风格给我留下了深刻的印象，并将使我终生受益。同时感谢西南科技大学信息学院为我提供实验室、实验设备以及计算机和机房，让我能够安静顺利地完成毕业设计。

我也感谢大学四年期间所有指导过我的老师，感谢他们对我无私的教诲和帮助。老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神将永远激励着我。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!

感谢我大学四年的同窗特别是伴随我四年的室友，是你们让我感受了大学的美好。和你们共同走过的这大学四年，我感到无比的快乐。在这四年里，我不仅在生活上、思想上成熟了许多，同时还培养了自己积极的心态、专业的兴趣和良好的沟通、协调、执行、应变能力，这些都是以后工作学习生活的动力源泉。

感谢父母对我二十多年来辛勤的养育,并让我获取了一定的知识并最终走向社会,为社会贡献自己!

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢！

超声波测距仪--毕业设计

摘要：超声波测距应用十分广泛。论文在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。本文设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。设计利用51单片机系统的I/O口，使超声波传感器发出40KHz的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。

关键词：超声波；超声波传感器；AT89C51单片机；LCD显示单元；测距仪

Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. And it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance measure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. The system primarily composed by the four

modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound

receiving module and display modular. The I/O ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40kHz ultrasonic wave. The reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding distance. This design can realize 3 meters in range finders, with the 7 centimeters blind spot, The system have the LCD demonstration. Keywords: ultrasonic, ultrasonic sensor, AT89C51 single-chip computer, LCD display unit, range finder

目 录

第1章 绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2 论文研究内容 3

1.2.1 研究内容 3

1.2.2各章节主要内容 4

第2章 系统的总体方案设计 5

2.1 超声测距理论基础 5

2.1.1超声波介绍 5

2.1.2 超声波传感器 5

2.1.3 传感器的指向角θ 7

2.1.4 测量盲区 8

2.2 超声波测距原理 9

2.3 超声测距系统组成 10

2.3.1 系统的收发过程 10

2.4方案比较 11

2.4.1 超声波频率及探头的选用 11

2.4.2 发射模块 11

2.4.3 接收模块 11

2.4.4温度补偿 12

2.4.5 显示模块 13

2.4.6 电源模块 14

2.4.7 通信接口选择 14

2.5系统的总体构想 15

2.6 本章小结 15

第3章 系统硬件设计 17

3.1 系统工作的过程 17

3.2 主控制电路 17

3.2.1 AT89C51单片机 18

3.2.2 时钟振荡器 18

3.2.3 复位电路 19

3.3 串行通信接口 19

3.3.1 RS-232电气特性 20

3.3.2 RS-232连接器机械特性 20

3.3.3 数据发送电路 21

3.4发射电路设计 21

3.4.1 555振荡器 23

3.4.2 共射极放大电路 24

3.5接收电路设计 26

3.5.1 CX20106工作原理分析 26

3.6 电源电路设计 27

3.7 LCD显示电路 27

3.7.1 LCD接口协议 28

3.8 温度测量 28

3.9本章小结 29

第4章 系统程序设计 30

4.1软件功能模块的划分 30

4.2 主程序的分析设计 30

4.3 外部中断程序 31

4.4 T0中断子程序 32

4.5 温度校正 33

4.6 本章小结 33

第5章 调试过程 34

5.1 调试环境 34

5.1.1 LCD程序调试过程 34

5.1.2 发送40kHZ脉冲信号子程序调试 34

5.1.3 温度传感器的调试 34

5.2 实验结果 35

5.3 本章小结 35

总 结 36

致 谢 37

参考文献 38

附录1超声测距源程序 39

附录2 超声测距原理图 50

附录3 硬件实物图 51

超声波测距仪毕业设计论文

摘 要

超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用如汽车倒车雷达等，它们测距精度一般较低。目前对超声波高精度测距系统的需求越来越大。为此，本文在了解超声波测距原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统的硬件设计，其中提出采用单片机内部计数电路可升高计数参考频率，来提高系统的测距精度。 为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上尽是少采用分立元件，主要采用集成芯片设计。从而提高了系统计时的可靠性。在软件上采用无源带通滤波器滤除探头以及环境所带来的干扰信号。采用压电式超声波换能器，使用AT89C51单片机作为控制器，完成了超声波测距仪的软硬件设计。采用C语言和汇编语言混

合编程的方法，实现了测量结果的温度补偿和显示。经系统调试可看出，LED数码显示清晰稳定，测量结果稳定可靠，测距仪最大误差不超过1cm。

关键字: 超声波，超声测距，超声波探头，带通滤波器

目 录

摘 要 ...........................................................

........1

Abstract................................................................

....3

第1章绪

论 .................................................................5

1.1研究背景与意

义...........................................................5

1.2本领域研究的历史与现

状...................................................6

1.3论文研究内容和章节安

排 ..................................................7

第2章超声波测距系统的工作原

理..............................................7

2. 1超声波介

绍 .............................................................7

2.1.1超声波传播的速

度 ......................................................8

2.1.2超声波的产生和使用频

率.................................................8

2.2超声波探头原

理 ..........................................................9

2.3测距原

理............................................................... 10

第3章系统硬件设

计 ........................................................12

3.1 电路工作原理及设

计 ....................................................12

3.2 主要电路设计及主要元器件介

绍...........................................14

3.2.1 电源电

路 ............................................................14

3.2.2 微处处理器电

路 ......................................................15

3.2.3 发射电

路.............................................................18

3.2.4 接收电

路.............................................................20

3.2.5 电路工作原

理........................................................ 21

3.2.6 主要元件参

数 ........................................................21

3.2.7 滤波电

路 ............................................................22

3.2.8 显示电

路 ............................................................26

第4章软件设

计 ............................................................29

4.1主程序流程框

图 .........................................................29

4.2子程序流程

图 ...........................................................30

4.3程序清

单................................................................31

第5章误差分

析 ............................................................38 总

结..................................................................... 39

致

谢.....................................................................

40

参考文

献..................................................................

论传感器使用中的抗干扰技术

摘 要

测量仪表或传感器工作现场的环境条件常常是很复杂的。各种干扰通过不同的耦合方式进入测量系统，使测量结果偏离准确值，严重时甚至使测量系统不能正常工作。为保证测量装置或测量系统在各方种复杂的环境条件下正常工作，就必须研究抗干扰技术。

抗干扰技术是检测技术中一项重要的内容，它直接影响测量工作的质量和测量结果的可靠性。因此，测量中必须对各种干扰给予充分的注意，并采取有关的技术措施，把干扰对测量的影响降低到最低或容许的限度。

关键词：耦合方式; 抗干扰技术;传感器;测量

超声波测距器设计

摘要

本超声波测距器由单片机计时及控制电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路、显示电路等部分组成。采用AT89C51单片机作为计时及主控制器、用TCT40—l0Fl作超声波发射器、用TCT40—l0Sl和CX20106A构成超声波检测接收电路。采用硬件

电路和软件控制相结合，电路结构简单，低成本，操作方便，工作稳定，测量精度高，可达0.01米。其设计思想可以应用于智能安全系统。

关键词：超声波；测距；单片机；控制

技术指标：

（1）能应用于汽车倒车，建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控；

（2）显示模块采用LED数码管，能清晰稳定地显示测量结果；

（3）测量范围在0.10—4.00 m，测量精度1 cm，测量时与被测物体无直接接触。

目录

1 引言 1

2 超声波测距器硬件电路设计 2

2.1单片机计时及控制系统设计 3

2.1.1 单片机芯片的选择 3

2.1.2 AT89C51基本电路 3

2.1.3 AT89C51定时计数应用电路 5

2.2 超声波发射电路设计 5

2.3 超声波接收电路设计 6

2.4 显示电路设计 7

2.5 电源电路设计 9

2.6总体硬件结构与工作原理 9

3系统软件设计 10

3.1超声波测距器的算法设计 10

3.2 系统的主控制程序设计 11

3.3超声波发生子程序设计 11

3.4超声波接收中断程序设计 11

4系统调试及性能分析 12

4.1 系统调试 12

4.2 系统性能分析 12

结束语 13

致谢 15

附录 16

附录1 元件清单 16

附录2 电路总原理图 17

附录3 电源电路原理图 18

附录4 电路PCB版图 19

附录5 超声波测距器源程序清单 20

单片机超声波测距原理及电路图 来源： 作者： 时间：2007-12-22

内容提要： 超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离

关键词： 电路 原理 超声波 中断 发射 程序 单片机 时间 系统 产生

超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物 位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移 动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。

二、 超声波测距原理

1、 超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一 类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生 的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。

2、压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，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振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波 时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

3、超声波测距原理

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340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2

图1 超声波传感器结构

这就是所谓的时间差测距法。

三、 超声波测距系统的电路设计

图2 超声波测距电路原理图

本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。电路原理图如图2所示。其中只画出前方测距电路的接线图，左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同，故省略之。

内容提要： 超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离

关键词： 电路 原理 超声波 中断 发射 程序 单片机 时间 系统 产生

1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射

测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行下面程序来产生。

puzel： mov 14h, #12h；超声波发射持续200ms

here： cpl p1.0 ；输出40kHz方波

nop ；

nop ；

nop ；

djnz 14h，here；

ret

前方测距电路的输入端接单片机P1.0端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0 端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射200ms。右侧和左侧测 距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口，工作原理与前方测距电路相同。

2、超声波的接收与处理

接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。IC2是带有锁 定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。调节R8在发射的载频上，则LM567 输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。

前方测距电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。部分源程序如下：

receive1：push psw

push acc

clr ex1 ；关外部中断1

jnb p1.1, right ；P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序

jnb p1.2, left ；P1.2引脚为0,转至左测距电路中断服务程序

return：SETB EX1；开外部中断1

pop? acc

pop? psw

reti

right： ...? ；右测距电路中断服务程序入口

? ajmp? return

left：... ；左测距电路中断服务程序入口

? ajmp? return

3、计算超声波传播时间

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路 输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。其部分源 程序如下： RECEIVE0：PUSH PSW

PUSH ACC

CLR EX0 ；关外部中断0

? MOV R7, TH0 ；读取时间值

MOV R6, TL0?

CLR C

MOV A, R6

SUBB A, #0BBH；计算时间差

MOV 31H, A ；存储结果

MOV A, R7

SUBB A, #3CH

MOV 30H, A?

SETB EX0 ；开外部中断0

POP ACC?

POP PSW

RETI

四、超声波测距系统的软件设计

软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图3（a）（b）(c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。

定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。

五、结论

对所要求测量范围30cm~200cm内的平面物体做了多次测量发现，其最大误差为0.5cm，且重复性好。可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。因此，它不仅可用于移动机器人，还可用在其它检测系统中。