基于单片机的超声波测距系统实现

【摘要】：基于传统的方法在很多特殊场合：如带腐蚀的液体，强电磁干扰，有毒等恶劣条件下，测量距离存在不可克服的缺陷，超声波测距能很好的解决此类的问题。本论文主要对单片机超声波测距系统的原理，单片机的应用等进行了分析；对超声波的发生电路和接收电路，DS18B20温度采集电路，LCD显示电路，硬件制作和软件设计；对系统进行误差分析。

【关键词】：超声波测距，单片机，DS18B20温度补偿，LCD显示，软件设计，误差分析。

Abstract: In many special occasions, traditional methods based on the existence of insurmountable distance measuring defects, such as the measurement of corrosion in the liquid with strong electromagnetic interference, toxic and other adverse conditions, the ultrasonic range can be a very good solution to the problem of such . In this paper, focused on single-chip microcomputer-based ultrasonic ranging system, namely the principle of ultrasonic distance measurement, the occurrence of ultrasonic circuit, echo receiver, data acquisition, LCD data show the principle of single-chip applications, system hardware, DS18B20 the temperature compensation ，software design and production were discussed.
Key words: ultrasonic ranging, single-chip, DS18B20 the temperature compensation, LCD display, software design, error analysis.

目录

第一章 引言…………………………….……………………....................... 5

1.1 单片机应用系统概述…………….………………….........................5

1.2 超声波测距系统概述…………….…………………..........….......... 6

1.3 本设计任务主要内容…………….…………………..........….......... 6

第二章 超声波测距的原理…………………….……………........…........... 7

2.1 超声波的基本理论…………………….…………….........…........... 7

2.2 超声波测距系统原理…………………………………....................10

第三章 系统主要硬件设计……………………………………......……….12

3.1 方案论证与比较………………………………………....................12

3.2 单片机主机系统电路…………………………………....................15

3.2.1 单片机电路…………………………………….........................15

3.2.2 复位电路………………………………..............……………...16

3.2.3 时钟电路…………………………………..............…………...16

3.2.4 按键电路…………………………………..............…………...17

3.2.5 蜂鸣器电路…………………………………..............…….......17

3.3 超声波发送电路…………………………………..........……...…...18

3.4 超声波接收电路……………………………………..........………..18

3.5 温度采集DS18B20电路…………………………..........………....20

3.6  LCD显示电路……………………………………...........……......20

3.7 电源电路……………………………………..…..........…………....22

第四章 系统软件设计………………………………....………………...…25

4.1 系统程序结构…………………………………....……………...….25

4.2 系统主程序……………………………………....……………...….25

4.3  40KHz超声波发送程序………………………..……………..….29

4.4 超声波的接收和处理………………………………….....……...…30

4.5  DS18B20温度采集程序………………..........................................30

4.6 距离计算程序……………………………………….....………..….35

4.7 数据转换程序………………………………………….....……...…36

4.8  LCD显示程序…………………………………………...…….…..37

4.9 基于Proteus的软件仿真……………………………..…….............42

第五章  PCB设计…………………………………………........……….....44

5.1 元件选择……………………………………………….....………...44

5.2  Altium designer原理图的绘制…………………..………….….....45

5.3 元件封装制作…………………………………….....…………...…45

5.4  PCB的电磁兼容性设计……………………………..……………46

5.5 布局布线………………………………………………......………..48

5.6 制造文件输出……………………………………….…......…….....51

第六章 元件采购……………………………………………......…….........52

6.1  BOM文件导出……………………………………....……….…...52

6.2 元件采购……………………………………………......…...……...53

第七章 样机制作……………………………………………......……….....54

7.1 装配图……………………………………………….....…………...54

7.2 焊接和检查……………………………………………......……...….55

7.3 样机图…………………………………………………......……...….56

7.4 单片机学习板的使用..........................................................................56

第八章 实验分析……………………………………………..…………….57

8.1 实验测试………………………………………………...........……...57

8.2 实验数据………………………………………………........…..........58

8.3 误差分析………………………………………………........…..........58

8.4 改进……………………………………………………........…..........59

第九章 总结……………………………………………………………...60致谢……………………………………………………………………….61附录………………………………………………………………..………...62

A  系统原理图………………………………………….....…..……...62

B  C源程序……………………………………………….…………63参考文献………………………………………………………..…………...73