1. 基於單片機的超聲波測距儀畢業論文
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基於單片機的超聲波測距儀設計及其應用分析
[摘要] 本文利用超聲波傳輸中距離與時間的關系，採用AT89C51單片機進行控制及數據處理，設計出了能精確測量兩點間距離的超聲波測距儀。該測距儀主要由超聲波發射器電路、超聲波接收器電路、單片機控制電路、環境溫度檢測電路及顯示電路構成。利用所設計出的超聲波測距儀，對不同距離進行了測試，並進行了詳盡的誤差分析。
[關鍵詞] 超聲波測距 單片機 溫度感測器
隨著社會的發展，人們對距離或長度測量的要求越來越高。超聲波測距由於其能進行非接觸測量和相對較高的精度，越來越被人們所重視。本設計的超聲波測距儀，可以對不同距離進行測試，並可以進行詳盡的誤差分析。
一、設計原理
超聲測距儀是根據超聲波遇到障礙物反射回來的特性進行測量的。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時。 通過不斷檢測產生波發射後遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射超聲波和接收到回波的時間差T，然後求出距離L。基本的測距公式為：L=(△t/2)*C
式中 L——要測的距離
T——發射波和反射波之間的時間間隔
C——超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為340m/s
聲速確定後，只要測出超聲波往返的時間，即可求得L。
二、超聲波測距儀設計目標
測量距離: 5米的范圍之內;通過LED能夠正確顯示出兩點間的距離;誤差小於5%。
三、數據測量和分析
1.數據測量與分析
由於實際測量工作的局限性，最後在測量中選取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六個距離進行測量，每個距離連續測量七次，得出測量數據(溫度:29℃),如表所示。從表中的數據可以看出，測量值一般都比實際值要大幾厘米，但對於連續測量的准確性還是比較高的。
對所測的每組數據去掉一個最大值和最小值，再求其平均值，用來作為最終的測量數據，最後進行比較分析。這樣處理數據也具有一定的科學性和合理性。從表中的數據來看，雖然對超聲波進行了溫度補償，但在比較近的距離的測量中其相對誤差也比較大。特別是對30cm和50cm的距離測量上，相對誤差分別達到了5%和4.8%。但從全部測量結果看，本設計的絕對誤差都比較小，也比較穩定。本設計盲區在22.6cm左右，基本滿足設計要求。
2.誤差分析
測距誤差主要來源於以下幾個方面：
(1)超聲波發射與接收探頭與被測點存在一定的角度，這個角度直接影響到測量距離的精確值;(2)超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發;(3)由於工具簡陋，實際測量距離也有誤差。影響測量誤差的因素很多，還包括現場環境干擾、時基脈沖頻率等等。
四、應用分析
採用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術發展才獲得正式應用的技術，由於超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環境(如含粉塵)具有一定的適應能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術實現的，超聲測距儀的優點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。
超聲測距儀在先進的機器人技術上也有應用，把超聲波源安裝在機器人身上，由它不斷向周圍發射超聲波並且同時接收由障礙物反射回波來確定機器人的自身位置，用它作為感測器控制機器人的電腦等等。由於超聲波易於定向發射，方向性好，強度好控制，它的應用價值己被普遍重視。
總之，由以上分析可看出:利用超聲波測距，在許多方面有很多優勢。因此，本課題的研究是非常有實用和商業價值。
五、結論
本設計的測量距離符合市場要求，測量的盲區也控制在23cm以內。針對市場需求，本設計還可以加大發射功率，讓測量的距離更加的遠。在顯示方面，也可以對程序做適當改動，使開始發射超聲波時LED顯示出溫度值，到超聲波回波接收到以後通過計算得出距離值時，LED自動切換顯示距離值，這樣在視覺效果上得到更加直觀的了解。
參考文獻:
[1]孫涵芳徐愛卿:MCS一51／96系列單片機原理及應用(修訂版)[M].北京：北京航空航天大學出版社.2002.46-170
[2]金篆芷王明時:現代感測器技術[M].電子工業出版社.1995.331—335
[3]孫涵芳徐愛卿:MCS一51／96系列單片機原理及應用(修訂版)[M].北京:北京航空航天大學出版社.2002.46-170
[4]路錦正王建勤楊紹國趙珂趙太飛:超聲波測距儀的設計[J].感測器技術.2002
僅供參考，請自借鑒
希望對您有幫助
2. 基於51單片機的紅外測距
1、單片機 紅外發射管 紅外接收管 + 邏輯演算法
2、一般情況下，常見的管子，就是類似於發光二極體的樣子，接收的距離很近，你自己搭電路的話要考慮排除干擾，信號放大，也許50元，也解決不了。還有一種是3隻腳的，這種接收方面好一點，價格也不是很貴，大概5元。還有更好的器件，配對使用，檢出有效距離300mm，大概是20-30元，具體看你想怎麼用了，項目是怎麼規定的了
3、利用波速來計算距離，測量出幾個納秒的時間差，使用單片機則是不可能的。
4、利用電磁波來測距、測速，是利用了變頻、差頻的原理，前端的電路和器件，都是使用模擬電路中高頻電子線路的理論和電路器件。
5、單片機之類的數字電路根本跟不上這個速度，只能做後期的低速工作，如顯示報警等。
6、其實，用單片機做搶答器，也是蒙人的，誤差的概率也是極大的。
3. 基於51單片機的頻率測量及測量誤差
可以用對單位時間內 脈沖個計數的方法來實現，用2個 定時/計數器 ，一個作為定時器，定時50 ms,累積10次或20次，即0.5S或1S
另外一個作為計數器，對外部脈沖計數
誤差與晶振頻率准確度有關，測量與時間有關的量，你本身的時間當然要准確。如果所測信號頻率高，可以測0.2s或0.5S內的脈沖數，可以防止溢出，如果頻率低，可以測1S或2S內的脈沖數，以減小誤差,但響應速度慢一些。
程序比較簡單，以下供參考
void init()//初始化設置
{
TMOD=0x15;//定時器0作為計數器，定時器1作為定時器用
TH0=0;//計數器清0
TL0=0;
EA=1;//開總中斷
ET1=1;//允許定時器1中斷
TH1=（65536－50000）/256;
TL1=（65536－50000）%256;
TR0=1;//啟動計數器
TR1=1;//啟動定時器
aa=0;
}
void main()//主程序
{
init();//初始化
while(1)//循環程序
{
dd=bb*256+cc;//0.5S的計數值
ee=2*dd;//換算為1秒鍾的計數值
if(aa==1)
{
if(TH0>12)//預判斷,50ms內TH0>12,1s內計數值將超過可計數的最大值65535
fm=1;//報警
}
display4(ee);//顯示
fm=0;//報警停止
}
}
void timer1()interrupt 3//注意：定時器1的中斷序號為3
{
aa++;
TH1=（65536－50000）/256;
TL1=（65536－50000）%256;
if(aa==10)//中斷10次,共0.5S
{
TR0=0;//暫停計數
aa=0;
bb=TH0;//讀出計數器數據
cc=TL0;
TL0=0;//計數器清0
TH0=0;
TR0=1;//重新啟動計數器
}
}
4. 高手來看 要求基於單片機的rlc測量儀
基於PIC單片機控制的RLC智能測量儀設計
現代電子技術
使用電子元器件時，首先需要了解其參數，這就要求能夠對元器件的參數進行精確測量。採用傳統的儀表進行測量時，首先要從電路板上焊開器件，再根據元件的類型，手動選擇量程檔位進行測量，這樣不僅麻煩而且破壞了電路板的美觀。經過理論分析和實驗研究，採用正交采樣演算法，並由單片機控制實現在線測量、智能識別、量程自動轉換等多種功能，可大大提高測量儀的測量速度和精度，擴大測量范圍。因此這種RLC測量儀既可改善系統測量的性能，又保持了印刷電路的美觀，較傳統的測量儀還具有高度的智能化和功能的集成化，在未來的應用中將具有廣闊的前景。
1 硬體電路設計
此測量儀硬體設計思路如圖1所示。
由於PIC單片機只能正確採集0～5 V之間的電壓，而輸入的信號是正弦波信號，因此在將此正弦信號送入單片機之前需對其進行電位提升，使整個正弦信號任意時刻的電位均大於或等於0。另外本測量儀具有量程自動轉換和增益自動可控的特點，實現電路如圖2所示。
圖2中U1(CD4051)是一個單刀八擲的模擬開關，用以完成量程電阻擋位的轉換；U2(CD4052)是一個雙刀四擲的模擬開關，用來選擇待測元件或基準電阻信號；U3，U4，U5，U6共同組成一個增益可以控制的儀用差分式放大電路，其中U5(CD4052)是用來切換增益倍數的；U8(74LS273)是一個鎖存器，用於將由單片機發出的控制信號鎖存並傳輸給U1，U2，U5實現程式控制；由於U1，U2，U5開關切換的驅動電壓要求達到5 V以上，而單片機的高電平僅為3～5 V，達不到驅動電壓，所以要採用一個集電極開路的驅動器(74LS07)才能實現由單片機控制的開關切換(R13，R14，R15，R16，R17為74LS07輸出端的上拉電阻)。
這樣通過程序控制單片機與74LS273相接埠的高低電位，就可以控制模擬開關選擇不同的通道，從而實現自動的量程檔位轉換和增益控制。
2 軟體程序設計
本測量儀的測量原理是以正交采樣為基礎。首先選用頻率恆定的正弦信號作為標准測量信號，然後用待測元件和基準電阻串聯對測量信號進行分壓，最後由單片機分別對待測元件和基準電阻分壓後所得的信號進行正交采樣處理。
由於流過電容或電感的電流與其兩端的電壓存在90°的相位差，因此只需在任一時刻采樣得到交流信號瞬時值V1，然後相移90°，再采樣得到瞬時值V2，就可用V1和V2表示完整的交流信號：V2=V1+jV2。
軟體程序的設計思路如圖3所示。
3 實驗結果
表1給出了該測量儀在測量頻率為100 Hz，1 kHz，10 kHz±0.02％三種情況下的測量范圍與測量精度。其中L，C，R，Q，D分別表示電感量、電容量、電阻值、品質因數、損耗角正切值。
4 結 語
本文設計了一種基於PIC單片機的RLC智能測量儀，其主要功能如下：
(1) 能夠智能地識別出待測元件是電容、電感、還是電阻。
(2) 能精確測量出電容、電感、電阻的參數值。
(3) 可以實現量程電阻的自動轉換，無須人工選擇檔位。
(4) 當測量正弦信號的幅度過小時，可以自動實現增益放大，從而不影響精度。
(5) 對測量儀進行擴充後還實現了二極體、三極體的測量。
由此可見，此測量儀具有高度的智能化和集成化，可精確地對元器件參數進行測量，這正符合當今測量儀器的發展趨勢，他將具有廣闊的應用前景。
5. 基於單片機的溫度數據採集系統設計
單片機課程設計任務書
題目：基於單片機的溫度數據採集系統設計
一．設計要求
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二．設計內容
1．單片機及電源管理模塊設計。
單片機可選用AT89S51及其兼容系列，電源管理模塊要實
現高精密穩壓輸出，為單片機及A/D轉換器供電。
2．感測器及放大器設計。
感測器可以選用鎳鉻—鎳硅熱電偶（分度號K），放大器要實現熱電偶輸出的mV級信號到A/D輸入V級信號放大。
3．多路轉換開關及A/D轉換器設計。
多路開關可以選用CD4052，A/D可選用MC14433等。
4．顯示器設計。
可以選用LED顯示或LCD顯示。
5．鍵盤電路設計。
實現定點顯示按鍵；輪流顯示按鍵；其他功能鍵。
6．系統軟體設計。
系統初始化模塊，鍵盤掃描模塊，顯示模塊，數據採集模塊，標度變換模塊等。
引言：
在生產和日常生活中，溫度的測量及控制十分重要，實時溫度檢測系統在各個方面應用十分廣泛。消防電氣的非破壞性溫度檢測，大型電力、通訊設備過熱故障預知檢測，各類機械組件的過熱預警，醫療相關設備的溫度測試等等都離不開溫度數據採集控制系統。
隨著科學技術的發展，電子學技術也隨之迅猛發展，同時帶動了大批相關產業的發展，其應用范圍也越來越廣泛。近年來單片機發展也同樣十分迅速，單片機已經滲透到工業、農業、國防等各個領域，單片機以其體積小，可靠性高，造價低，開發周期短的特點被廣泛推廣與應用。傳統的溫度採集不僅耗時而且精度低，遠不能滿足各行業對溫度數據高精度，高可靠性的要求。溫度的控制及測量對保證產品質量、提高生產效率、節約能源、生產安全、促進國民經濟的發展起到重要作用。在單片機溫度測量系統中關鍵是測量溫度，控制溫度和保持溫度。溫度測量是工業對象的主要被控參數之一。本此題目的總體功能就是利用單片機和熱敏原件實現溫度的採集與讀數，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化，實現溫度的精確測量。本設計是以Atmel公司的AT89S51單片機為控制核心，通過MC14433模數轉換對所測的溫度進行數字量變化，且通過數碼管進行相應的溫度顯示。採用微機進行溫度檢測，數字顯示，信息存儲及實時控制，對於提高生產效率和產品質量、節約能源等都有重要作用。
目錄：
一、系統總體功能及技術指標的描述........................................ 5
二、各模塊電路原理描述............................................................. 5
2.1單片機及電源模塊設計...................................................... 5
2.2、AT89S51引腳說明.......................................................... 7
2.3、數據採集模塊設計........................................................ 11
2.4、多路開關......................................................................... 12
2.5、放大器............................................................................. 15
2.6、A/D轉換器..................................................................... 16
2.7、顯示器設計..................................................................... 21
2.8、鍵盤電路設計................................................................. 22
2.9、電路總體設計圖........................................................... 22
三、軟體流程圖 ...................................................................... 24
四、程序清單.............................................................................. 25
五、設計總結及體會.................................................................... 31
六、參考資料................................................................................ 32
一、系統總體功能及技術指標的描述
1. 系統的總體功能：
溫度數據採集系統，實現溫度的採集與讀書，利用五位LED顯示溫度讀數和所選通道號，實現熱電轉化的原理過程。
被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。被測溫度點4個，每2秒測量一次。顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。顯示方式為定點顯示和輪流顯示，可以通過按鍵改變顯示方式。
2. 技術指標要求：
1．被測量溫度范圍：0~500℃，溫度解析度為0.5℃。
2．被測溫度點：4個，每2秒測量一次。
3．顯示器要求：通道號1位，溫度4位（精度到小數點後一位）。
顯示方式為定點顯示和輪流顯示。
4．鍵盤要求：
（1）定點顯示設定；（2）輪流顯示設定；（3）其他功能鍵。
二、各模塊電路原理描述
2.1單片機及電源模塊設計
如圖所示為AT89S51晶元的引腳圖。兼容標准MCS-51指令系統的AT89S51單片機是一個低功耗、高性能CHMOS的單片機，片內含4KB在線可編程Flash存儲器的單片機。它與通用80C51系列單片機的指令系統和引腳兼容。
AT89S51單片機片內的Flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性存儲編程器編程；片內數據存儲器內含128位元組的RAM；有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）埠;具有兩個16位可編程定時器；中斷系統是具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級中斷優先順序的中斷結構；震盪器頻率0到33MHZ，因此我們在此選用12MHZ的晶振是比較合理的；具有片內看門狗定時器；具有斷電標志POF等等。AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式[8]。
圖5.1-1 AT89S51引腳圖
上圖就是PDIP封裝的引腳排列，下面介紹各引腳的功能。
2.2、AT89S51引腳說明
P0口：8位、開漏級、雙向I/O口。P0口可作為通用I/O口，但須外接上拉電阻；作為輸出口，每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數據存儲器時的低8位地址/數據匯流排的復用線。在該模式下，P0口含有內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收代碼位元組數據；在編程效驗時，P0口輸出代碼位元組數據(需要外接上拉電阻)。
P1口：8位、雙向I/0口，內部含有上拉電阻。P1口可作普通I/O口。輸出緩沖器可驅動四個TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1，由片內上拉電阻將其抬到高電平。P1口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電流。在FLASH並行編程和校驗時，P1口可輸入低位元組地址。在串列編程和效驗時，P1.5/MO-SI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分別是串列數據輸入、輸出和移位脈沖引腳。
P2口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口用做輸出口時，可驅動4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置1，由內部上拉電阻將其提高到高電平。若負載為低電平，則通過內部上拉電阻向外部輸出電流。CPU訪問外部16位地址的存儲器時，P2口提供高8位地址。當CPU用8位地址定址外部存儲時，P2口為P2特殊功能寄存器的內容。在FLASH並行編程和校驗時，P2口可輸入高位元組地址和某些控制信號。
P3口：具有內部上拉電阻的8位雙向口。P3口用做輸出口時，輸出緩沖器可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1，由內部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，則通過內部上拉電阻向輸出電流。在與FLASH並行編程和校驗時，P3口可輸入某些控制信號。P3口除了通用I/O口功能外，還有替代功能，如表5.3-1所示。
表5.3-1 P3口的替代功能
引腳
符號
說明
P3.0
RXD
串列口輸入
P3.1
TXD
串列口輸出
P3.2
/INT0
外部中斷0
P3.3
/INT1
外部中斷1
P3.4
T0
T0定時器的外部的計數輸入
P3.5
T1
T1定時器的外部的計數輸入
P3.6
/WR
外部數據存儲器的寫選通
P3.7
/RD
外部數據存儲器的讀選通
RST：復位端。當振盪器工作時，此引腳上出現兩個機器周期的高電平將系統復位。
ALE/ ：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）是一個用於鎖存地址的低8位位元組的書粗脈沖。在Flash 編程期間，此引腳也可用於輸入編程脈沖（）。在正常操作情況下，ALE以振盪器頻率的1/6的固定速率發出脈沖，它是用作對外輸出的時鍾，需要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如果希望禁止ALE操作，可通過將特殊功能寄存器中位地址為8EH那位置的「0」來實現。該位置的「1」後。ALE僅在MOVE或MOVC指令期間激活，否則ALE引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執行方式，ALE禁止位無效。
：外部程序存儲器讀選取通信號。當AT89S51在讀取外部程序時， 每個機器周期 將PSEN激活兩次。在此期間內，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過兩個信號。
/Vpp：訪問外部程序存儲器允許端。為了能夠從外部程序存儲器的0000H至FFFFH單元中取指令，必須接地，然而要注意的是，若對加密位1進行編程，則在復位時，的狀態在內部被鎖存。
執行內部程序應接VCC。不當選擇12V編程電源時，在Flash編程期間，這個引腳可接12V編程電壓。
XTAL1：振盪器反向放大器輸入端和內部時鍾發生器的輸入端。
XTAL2：振盪器反相放大器輸出端[9]。
電源模塊設計
在影響單片機系統可靠性的諸多因素中，電源干擾可謂首屈一指，據統計，計算機應用系統的運行故障有90％以上是由電源雜訊引起的。為了提高系統供電可靠性，交流供電應採用交流穩壓器，防止電源的過壓和欠壓，直流電源抗干擾措施有採用高質量集成穩壓電路單獨供電，採用直流開關電源，採用DC-DC變換器。本次設計決定採用MAXim公司的高電壓低功耗線性變換器MAX 1616作為電壓變換，採用該器件將輸入的24V電壓變換為5V電壓，給外圍5V的器件供電。MAX1616具有如下特點：
1.4~28V電壓輸入范圍。
2.最大80uA的靜態工作電流。
3.3V/5V電壓可選輸出。
4.30mA輸出電流。
5.2％的電壓輸出精度。
電源管理模塊電路圖如下：
本電路採用該器件將輸入的24V電壓變成5V電壓，給外圍5V的器件供電，其中二極體D1是保護二極體，防止輸入電壓接反可能帶來的對電路的影響和破壞。