论文总字数：20151字

摘 要

超声波指频率在20KHz以上的声波。因为超声波的指向性很强，能量消耗较缓慢，能够在介质中传播距离比较远，因此超声波被经常应用于测量，可以用来实现比如测距仪以及物位测量仪等。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较好。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。所以它具有广泛的应用前景。

本文对目前国内外对超声波测距技术应用的发展进行了调研，发觉绝大部分设计者都在做单模块的超声波测距，于是决定同时选用两种不同频率的声波，并用多个声呐或超声波测距模块共同测距，并达到定位的目的，最后还可以通过无线传输，将结果传送给上位机，并由上位机界面把结果显示出来。

本文根据设计的需要，完成了系统整体方案设计、硬件电路的设计、软件程序的编写与调试，以及样机的制作。本文最后还对装置功能进行了一定的测试，包括：样机运行的情况，上、下位机通讯的情况，以及测量的精度。最后本文对设计的优点和缺点进行了阐述，并展望了该设计可能的发展方向。

关键词：超声波测距、声呐、定位、无线传输、上位机界面

Distance measurement device based on sonar and ultrasonic

Abstract

Ultrasonic is a kind of sound waves which frequency is more than 20 KHz. Because of the highly directional ultrasonic energy consumption more slowly, can spread from a distance in the media, therefore ultrasound is often used to measure, such as range finders and can be used to achieve the level measurement instrument. Ultrasonic Ranging is a use of acoustic characteristics, electronic counting, photoelectric switch combination to implement the method of non-contact distance measurement. In terms of accuracy or reliability, ultrasonic ranging are doing better. Use of ultrasonic distance measurement is often more rapid, convenient, simple calculation, easy to do real-time control. So it has broad application prospects.

In this paper, the current development of ultrasonic distance measurement technology at home and abroad conducted an investigation and found that most of the designers are doing a single module of ultrasonic distance measurement, at the same time decided to choose two different frequency sound waves, and a plurality of sonar or ultrasound Ranging module together ranging, and achieve the purpose of positioning, and finally through wireless transmission, transfer the results to the host computer by the PC interface to display the results.

Based on the need to design, write and debug completed, and prototype production overall system design, hardware design, software programs. Finally, the function also means a certain amount of testing, including: situation prototype running on case-bit machine communications, and measurement accuracy. Finally, the advantages and disadvantages of the design are described, the possible development direction is also prospected.

KEYWORDS: Ultrasonic ranging, sonar, positioning, wireless transmission, PC interface

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 项目背景 1

1.1.1 声呐（超声波）技术的起源及其发展 1

1.1.2 超声波（声呐）测距的发展趋势和应用前景 2

1.2 超声测距技术简介 2

1.2.1 超声波测距原理 2

1.2.2 超声波测距误差分析 3

1.3 超声波传感器 4

1.3.1 超声波发生器 4

1.3.2 压电式超声波发生器原理 4

1.4 本文的主要研究内容 4

1.5 论文各部分内容概述 5

第2章 系统整体方案设计 6

2.1 系统总体架构设计 6

2.1.2 测距模块 6

2.1.3 控制系统 8

2.1.4 无线传输模块 8

2.1.5 上位机界面 8

2.1.6 圆柱形待测物体 9

2.2 系统结构设计 9

2.3 本章小结 9

第3章 系统硬件的设计方法 10

3.1 超声波测距单片机系统 10

3.1.1 STC89C52单片机 10

3.1.2 STC89C52单片机的主要特性 10

3.1.3 STC89C52单片机的标准功能 10

3.1.4 晶体振荡器 11

3.2 超声波（声呐）模块 11

3.3 无线传输模块 14

3.4 供电系统 14

3.5 制作电路板 15

3.6 本章小结 17

第4章 系统软件的实现方法 18

4.1 系统开发环境 18

4.2 系统软件设计 18

4.2.1 主程序 18

4.2.2 超声波测距程序 19

4.2.3 无线传输程序 21

4.2.4 上位机界面 25

4.3 本章小结 26

第5章 超声波测距样机功能测试 27

5.1 超声波测距样机精度测试 27

5.2 设计优缺点分析及其展望 28

5.2.1 设计的优点分析 28

5.2.2 设计的缺点分析 28

5.3 本章小结 29

参考文献 30

致谢 31

绪论

项目背景

人类测量长度的方法随着时代变化也在不停地变化——从最早的以国王脚长（foot即英尺）为标准，到制作标准米尺（以子午线长度的4千万分之一定位一米，即以子午线长度为标准）。人们衡量长度的标准越来越科学。随着测量技术的发展，超声波指向性强、能量消耗慢、传播距离远的特性被大家所青睐，于是超声波测距登上了历史舞台。而更加有意思的是，英文“sound”一词作为名词“声音”的含义被大家普遍了解，然而其作为动词便有“探测”的意思，可见声音与探测关系之密切。

超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较优秀。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制[1]。具有广泛的应用前景。

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