1. 基于单片机的超声波测距仪毕业论文
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基于单片机的超声波测距仪设计及其应用分析
[摘要] 本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。
[关键词] 超声波测距 单片机 温度传感器
随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。
一、设计原理
超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C
式中 L——要测的距离
T——发射波和反射波之间的时间间隔
C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s
声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。
二、超声波测距仪设计目标
测量距离: 5米的范围之内;通过LED能够正确显示出两点间的距离;误差小于5%。
三、数据测量和分析
1.数据测量与分析
由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六个距离进行测量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(温度:29℃),如表所示。从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。
对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。从表中的数据来看，虽然对超声波进行了温度补偿，但在比较近的距离的测量中其相对误差也比较大。特别是对30cm和50cm的距离测量上，相对误差分别达到了5%和4.8%。但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计盲区在22.6cm左右，基本满足设计要求。
2.误差分析
测距误差主要来源于以下几个方面：
(1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度，这个角度直接影响到测量距离的精确值;(2)超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发;(3)由于工具简陋，实际测量距离也有误差。影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等。
四、应用分析
采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。
超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。
五、结论
本设计的测量距离符合市场要求，测量的盲区也控制在23cm以内。针对市场需求，本设计还可以加大发射功率，让测量的距离更加的远。在显示方面，也可以对程序做适当改动，使开始发射超声波时LED显示出温度值，到超声波回波接收到以后通过计算得出距离值时，LED自动切换显示距离值，这样在视觉效果上得到更加直观的了解。
参考文献:
[1]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京：北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[2]金篆芷王明时:现代传感器技术[M].电子工业出版社.1995.331—335
[3]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社.2002.46-170
[4]路锦正王建勤杨绍国赵珂赵太飞:超声波测距仪的设计[J].传感器技术.2002
仅供参考，请自借鉴
希望对您有帮助
2. 基于51单片机的红外测距
1、单片机 红外发射管 红外接收管 + 逻辑算法
2、一般情况下，常见的管子，就是类似于发光二极管的样子，接收的距离很近，你自己搭电路的话要考虑排除干扰，信号放大，也许50元，也解决不了。还有一种是3只脚的，这种接收方面好一点，价格也不是很贵，大概5元。还有更好的器件，配对使用，检出有效距离300mm，大概是20-30元，具体看你想怎么用了，项目是怎么规定的了
3、利用波速来计算距离，测量出几个纳秒的时间差，使用单片机则是不可能的。
4、利用电磁波来测距、测速，是利用了变频、差频的原理，前端的电路和器件，都是使用模拟电路中高频电子线路的理论和电路器件。
5、单片机之类的数字电路根本跟不上这个速度，只能做后期的低速工作，如显示报警等。
6、其实，用单片机做抢答器，也是蒙人的，误差的概率也是极大的。
3. 基于51单片机的频率测量及测量误差
可以用对单位时间内 脉冲个计数的方法来实现，用2个 定时/计数器 ，一个作为定时器，定时50 ms,累积10次或20次，即0.5S或1S
另外一个作为计数器，对外部脉冲计数
误差与晶振频率准确度有关，测量与时间有关的量，你本身的时间当然要准确。如果所测信号频率高，可以测0.2s或0.5S内的脉冲数，可以防止溢出，如果频率低，可以测1S或2S内的脉冲数，以减小误差,但响应速度慢一些。
程序比较简单，以下供参考
void init()//初始化设置
{
TMOD=0x15;//定时器0作为计数器，定时器1作为定时器用
TH0=0;//计数器清0
TL0=0;
EA=1;//开总中断
ET1=1;//允许定时器1中断
TH1=（65536－50000）/256;
TL1=（65536－50000）%256;
TR0=1;//启动计数器
TR1=1;//启动定时器
aa=0;
}
void main()//主程序
{
init();//初始化
while(1)//循环程序
{
dd=bb*256+cc;//0.5S的计数值
ee=2*dd;//换算为1秒钟的计数值
if(aa==1)
{
if(TH0>12)//预判断,50ms内TH0>12,1s内计数值将超过可计数的最大值65535
fm=1;//报警
}
display4(ee);//显示
fm=0;//报警停止
}
}
void timer1()interrupt 3//注意：定时器1的中断序号为3
{
aa++;
TH1=（65536－50000）/256;
TL1=（65536－50000）%256;
if(aa==10)//中断10次,共0.5S
{
TR0=0;//暂停计数
aa=0;
bb=TH0;//读出计数器数据
cc=TL0;
TL0=0;//计数器清0
TH0=0;
TR0=1;//重新启动计数器
}
}
4. 高手来看 要求基于单片机的rlc测量仪
基于PIC单片机控制的RLC智能测量仪设计
现代电子技术
使用电子元器件时，首先需要了解其参数，这就要求能够对元器件的参数进行精确测量。采用传统的仪表进行测量时，首先要从电路板上焊开器件，再根据元件的类型，手动选择量程档位进行测量，这样不仅麻烦而且破坏了电路板的美观。经过理论分析和实验研究，采用正交采样算法，并由单片机控制实现在线测量、智能识别、量程自动转换等多种功能，可大大提高测量仪的测量速度和精度，扩大测量范围。因此这种RLC测量仪既可改善系统测量的性能，又保持了印刷电路的美观，较传统的测量仪还具有高度的智能化和功能的集成化，在未来的应用中将具有广阔的前景。
1 硬件电路设计
此测量仪硬件设计思路如图1所示。
由于PIC单片机只能正确采集0～5 V之间的电压，而输入的信号是正弦波信号，因此在将此正弦信号送入单片机之前需对其进行电位提升，使整个正弦信号任意时刻的电位均大于或等于0。另外本测量仪具有量程自动转换和增益自动可控的特点，实现电路如图2所示。
图2中U1(CD4051)是一个单刀八掷的模拟开关，用以完成量程电阻挡位的转换；U2(CD4052)是一个双刀四掷的模拟开关，用来选择待测元件或基准电阻信号；U3，U4，U5，U6共同组成一个增益可以控制的仪用差分式放大电路，其中U5(CD4052)是用来切换增益倍数的；U8(74LS273)是一个锁存器，用于将由单片机发出的控制信号锁存并传输给U1，U2，U5实现程控；由于U1，U2，U5开关切换的驱动电压要求达到5 V以上，而单片机的高电平仅为3～5 V，达不到驱动电压，所以要采用一个集电极开路的驱动器(74LS07)才能实现由单片机控制的开关切换(R13，R14，R15，R16，R17为74LS07输出端的上拉电阻)。
这样通过程序控制单片机与74LS273相接端口的高低电位，就可以控制模拟开关选择不同的通道，从而实现自动的量程档位转换和增益控制。
2 软件程序设计
本测量仪的测量原理是以正交采样为基础。首先选用频率恒定的正弦信号作为标准测量信号，然后用待测元件和基准电阻串联对测量信号进行分压，最后由单片机分别对待测元件和基准电阻分压后所得的信号进行正交采样处理。
由于流过电容或电感的电流与其两端的电压存在90°的相位差，因此只需在任一时刻采样得到交流信号瞬时值V1，然后相移90°，再采样得到瞬时值V2，就可用V1和V2表示完整的交流信号：V2=V1+jV2。
软件程序的设计思路如图3所示。
3 实验结果
表1给出了该测量仪在测量频率为100 Hz，1 kHz，10 kHz±0.02％三种情况下的测量范围与测量精度。其中L，C，R，Q，D分别表示电感量、电容量、电阻值、品质因数、损耗角正切值。
4 结 语
本文设计了一种基于PIC单片机的RLC智能测量仪，其主要功能如下：
(1) 能够智能地识别出待测元件是电容、电感、还是电阻。
(2) 能精确测量出电容、电感、电阻的参数值。
(3) 可以实现量程电阻的自动转换，无须人工选择档位。
(4) 当测量正弦信号的幅度过小时，可以自动实现增益放大，从而不影响精度。
(5) 对测量仪进行扩充后还实现了二极管、三极管的测量。
由此可见，此测量仪具有高度的智能化和集成化，可精确地对元器件参数进行测量，这正符合当今测量仪器的发展趋势，他将具有广阔的应用前景。
5. 基于单片机的温度数据采集系统设计
单片机课程设计任务书
题目：基于单片机的温度数据采集系统设计
一．设计要求
1．被测量温度范围：0~500℃，温度分辨率为0.5℃。
2．被测温度点：4个，每2秒测量一次。
3．显示器要求：通道号1位，温度4位（精度到小数点后一位）。
显示方式为定点显示和轮流显示。
4．键盘要求：
（1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。
二．设计内容
1．单片机及电源管理模块设计。
单片机可选用AT89S51及其兼容系列，电源管理模块要实
现高精密稳压输出，为单片机及A/D转换器供电。
2．传感器及放大器设计。
传感器可以选用镍铬—镍硅热电偶（分度号K），放大器要实现热电偶输出的mV级信号到A/D输入V级信号放大。
3．多路转换开关及A/D转换器设计。
多路开关可以选用CD4052，A/D可选用MC14433等。
4．显示器设计。
可以选用LED显示或LCD显示。
5．键盘电路设计。
实现定点显示按键；轮流显示按键；其他功能键。
6．系统软件设计。
系统初始化模块，键盘扫描模块，显示模块，数据采集模块，标度变换模块等。
引言：
在生产和日常生活中，温度的测量及控制十分重要，实时温度检测系统在各个方面应用十分广泛。消防电气的非破坏性温度检测，大型电力、通讯设备过热故障预知检测，各类机械组件的过热预警，医疗相关设备的温度测试等等都离不开温度数据采集控制系统。
随着科学技术的发展，电子学技术也随之迅猛发展，同时带动了大批相关产业的发展，其应用范围也越来越广泛。近年来单片机发展也同样十分迅速，单片机已经渗透到工业、农业、国防等各个领域，单片机以其体积小，可靠性高，造价低，开发周期短的特点被广泛推广与应用。传统的温度采集不仅耗时而且精度低，远不能满足各行业对温度数据高精度，高可靠性的要求。温度的控制及测量对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到重要作用。在单片机温度测量系统中关键是测量温度，控制温度和保持温度。温度测量是工业对象的主要被控参数之一。本此题目的总体功能就是利用单片机和热敏原件实现温度的采集与读数，利用五位LED显示温度读数和所选通道号，实现热电转化，实现温度的精确测量。本设计是以Atmel公司的AT89S51单片机为控制核心，通过MC14433模数转换对所测的温度进行数字量变化，且通过数码管进行相应的温度显示。采用微机进行温度检测，数字显示，信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要作用。
目录：
一、系统总体功能及技术指标的描述........................................ 5
二、各模块电路原理描述............................................................. 5
2.1单片机及电源模块设计...................................................... 5
2.2、AT89S51引脚说明.......................................................... 7
2.3、数据采集模块设计........................................................ 11
2.4、多路开关......................................................................... 12
2.5、放大器............................................................................. 15
2.6、A/D转换器..................................................................... 16
2.7、显示器设计..................................................................... 21
2.8、键盘电路设计................................................................. 22
2.9、电路总体设计图........................................................... 22
三、软件流程图 ...................................................................... 24
四、程序清单.............................................................................. 25
五、设计总结及体会.................................................................... 31
六、参考资料................................................................................ 32
一、系统总体功能及技术指标的描述
1. 系统的总体功能：
温度数据采集系统，实现温度的采集与读书，利用五位LED显示温度读数和所选通道号，实现热电转化的原理过程。
被测量温度范围：0~500℃，温度分辨率为0.5℃。被测温度点4个，每2秒测量一次。显示器要求：通道号1位，温度4位（精度到小数点后一位）。显示方式为定点显示和轮流显示，可以通过按键改变显示方式。
2. 技术指标要求：
1．被测量温度范围：0~500℃，温度分辨率为0.5℃。
2．被测温度点：4个，每2秒测量一次。
3．显示器要求：通道号1位，温度4位（精度到小数点后一位）。
显示方式为定点显示和轮流显示。
4．键盘要求：
（1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。
二、各模块电路原理描述
2.1单片机及电源模块设计
如图所示为AT89S51芯片的引脚图。兼容标准MCS-51指令系统的AT89S51单片机是一个低功耗、高性能CHMOS的单片机，片内含4KB在线可编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。
AT89S51单片机片内的Flash可允许在线重新编程，也可用通用非易失性存储编程器编程；片内数据存储器内含128字节的RAM；有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口;具有两个16位可编程定时器；中断系统是具有6个中断源、5个中断矢量、2级中断优先级的中断结构；震荡器频率0到33MHZ，因此我们在此选用12MHZ的晶振是比较合理的；具有片内看门狗定时器；具有断电标志POF等等。AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式[8]。
图5.1-1 AT89S51引脚图
上图就是PDIP封装的引脚排列，下面介绍各引脚的功能。
2.2、AT89S51引脚说明
P0口：8位、开漏级、双向I/O口。P0口可作为通用I/O口，但须外接上拉电阻；作为输出口，每各引脚可吸收8各TTL的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置1。P0也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址/数据总线的复用线。在该模式下，P0口含有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收代码字节数据；在编程效验时，P0口输出代码字节数据(需要外接上拉电阻)。
P1口：8位、双向I/0口，内部含有上拉电阻。P1口可作普通I/O口。输出缓冲器可驱动四个TTL负载；用作输入时，先将引脚置1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。P1口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址。在串行编程和效验时，P1.5/MO-SI，P1.6/MISO和P1.7/SCK分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。
P2口：具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2口用做输出口时，可驱动4各TTL负载；用做输入口时，先将引脚置1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。CPU访问外部16位地址的存储器时，P2口提供高8位地址。当CPU用8位地址寻址外部存储时，P2口为P2特殊功能寄存器的内容。在FLASH并行编程和校验时，P2口可输入高字节地址和某些控制信号。
P3口：具有内部上拉电阻的8位双向口。P3口用做输出口时，输出缓冲器可吸收4各TTL的灌电流；用做输入口时，首先将引脚置1，由内部上拉电阻抬位高电平。若外部的负载是低电平，则通过内部上拉电阻向输出电流。在与FLASH并行编程和校验时，P3口可输入某些控制信号。P3口除了通用I/O口功能外，还有替代功能，如表5.3-1所示。
表5.3-1 P3口的替代功能
引脚
符号
说明
P3.0
RXD
串行口输入
P3.1
TXD
串行口输出
P3.2
/INT0
外部中断0
P3.3
/INT1
外部中断1
P3.4
T0
T0定时器的外部的计数输入
P3.5
T1
T1定时器的外部的计数输入
P3.6
/WR
外部数据存储器的写选通
P3.7
/RD
外部数据存储器的读选通
RST：复位端。当振荡器工作时，此引脚上出现两个机器周期的高电平将系统复位。
ALE/ ：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）是一个用于锁存地址的低8位字节的书粗脉冲。在Flash 编程期间，此引脚也可用于输入编程脉冲（）。在正常操作情况下，ALE以振荡器频率的1/6的固定速率发出脉冲，它是用作对外输出的时钟，需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果希望禁止ALE操作，可通过将特殊功能寄存器中位地址为8EH那位置的“0”来实现。该位置的“1”后。ALE仅在MOVE或MOVC指令期间激活，否则ALE引脚将被略微拉高。若微控制器在外部执行方式，ALE禁止位无效。
：外部程序存储器读选取通信号。当AT89S51在读取外部程序时， 每个机器周期 将PSEN激活两次。在此期间内，每当访问外部数据存储器时，将跳过两个信号。
/Vpp：访问外部程序存储器允许端。为了能够从外部程序存储器的0000H至FFFFH单元中取指令，必须接地，然而要注意的是，若对加密位1进行编程，则在复位时，的状态在内部被锁存。
执行内部程序应接VCC。不当选择12V编程电源时，在Flash编程期间，这个引脚可接12V编程电压。
XTAL1：振荡器反向放大器输入端和内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器输出端[9]。
电源模块设计
在影响单片机系统可靠性的诸多因素中，电源干扰可谓首屈一指，据统计，计算机应用系统的运行故障有90％以上是由电源噪声引起的。为了提高系统供电可靠性，交流供电应采用交流稳压器，防止电源的过压和欠压，直流电源抗干扰措施有采用高质量集成稳压电路单独供电，采用直流开关电源，采用DC-DC变换器。本次设计决定采用MAXim公司的高电压低功耗线性变换器MAX 1616作为电压变换，采用该器件将输入的24V电压变换为5V电压，给外围5V的器件供电。MAX1616具有如下特点：
1.4~28V电压输入范围。
2.最大80uA的静态工作电流。
3.3V/5V电压可选输出。
4.30mA输出电流。
5.2％的电压输出精度。
电源管理模块电路图如下：
本电路采用该器件将输入的24V电压变成5V电压，给外围5V的器件供电，其中二极管D1是保护二极管，防止输入电压接反可能带来的对电路的影响和破坏。