1、 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 基于 AT89S52 单片机的测距系统设计 The Design of Ranging System Based on AT89S52 MCU 院（ 部 ）名称： 电子信息与电气工程学院 专业班级： 通信工程 2009 级 1 班 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2013 年 5 月 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人
2、或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 安阳工学院 及其它教育机构的 学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 目 录
3、摘要 I Abstract II 引言 1 第一章 总体方案设计 3 1.1 超声波测距系统的设计要求 3 1.2 超声波测距系统设计方案的选择与论证 3 1.2.1 主控芯片选型 3 1.2.2 超声波测距实现方案 3 1.2.3 测量数据显示实现方案 3 1.2.4 无线收发实现方案 4 1.3 设计总体结构框图 4 1.4 本章小结 4 第二章 硬件电路设计 5 2.1 单片机系统设计 5 2.1.1 CPU 的介绍 5 2.1.2 复位电路的设计 8 2.1.3 时钟电路设计 9 2.2 超声波收发电路的设计 9 2.2.1 US-020 超声波测距模块简介 10 2.3 LCD 显示
4、电路的设计 11 2.4 无线收发模块的设计 14 2.5 报警电路的设计 19 2.6 电源的设计 20 2.7 本章小结 20 第三章 软件设 计 21 3.1 主单片机系统软件设计 21 3.1.1 主单片机程序流程图 22 3.1.2 子程序流程图 22 3.2 从单片机系统软件设计 24 3.2.1 从单片机程序流程图 24 3.2.2 子程序流程图 25 3.3 本章小结 27 第四章 实物焊接与系统调试 28 4.1 电路板设计软件介绍 28 4.2 PCB 板制作 29 4.3 实物焊接 29 4.4 硬件电路调试 29 4.5 程序烧录及调试 30 4.6 本章小结 30 结
5、论 32 致谢 33 参考文献 34 附录 A 硬件设计电路图 35 附录 B PCB 布线图 36 附录 C 实物图 37 附录 D 系统程序 38 I 基于 AT89S52 单片机的测距系统设计 摘要 ： 近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。 本文着重介绍了一种基于 AT89S52 单片机的超声波测 距系统的硬件电路组成、软件设计及主要功能。该超声波测距系统以 AT89S52 单片机为核心， 包括主单片机测距部分和从单片机显示、报警部分。主单片机 采用超声波测距模块 US020来测得 距离
6、障碍物的往返时间， 经由单片机进行 计算 处理 后 ， 通过无线发射模块NRF905 将数据发射出去；从单片机通过无线接收模块接收数据并处理， 最后由LCD 显示测量距离值， 并且 当测量距离 值 小于报警值时 ，通过单片机控制蜂鸣器发 出 报警。 本系统设计简单、使用方便可靠， 可应用到汽车倒车雷达系统 ，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于 社会公共 交通安全起到重要作 用。 关键词 ： AT89S52；超声波 ；测距 ； LCD 显示；无线收发 II The Design of Ranging System Based on AT89S52 MCU Abstract:In recent y
7、ears, with the development of the electronic measurement technology, using ultrasound to make accurate measurement has become possible. With the constant improvement of the level of science and technology, ultrasonic ranging technology is widely used in Peoples Daily work and life. This paper introd
8、uces a kind of ultrasonic ranging system based on AT89S52 single chip microcomputer of hardware circuit, software design and main functions. The ultrasonic ranging system AT89S52 microcontroller as the core, including the main MCU ranging from single-chip display, alarm and part. Master microcontrol
9、ler US020 ultrasonic ranging module is used to measure distance obstacle round-trip time, after processed by single chip microcomputer to calculate, through wireless data transmitting modules NRF905 will launch out; From the microcontroller, through the wireless receiving module receives data and pr
10、ocessing, finally the distance value is measured by the LCD display, and when measuring distance value is less than the alarm value, through the single-chip microcomputer control buzzer alarm. This system design simple, convenient and reliable use, this design can be applied to the car reversing rad
11、ar system, will reduce the burden of the driver and misjudgment, playing an important role to social public transport safety. Key words: AT89S52;Ultrasound;Ranging; LCD display; Wireless transceiver 1 引 言 传感器技术是现代信息技术的 主要内容之一。信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，计算机技术相当于人的大脑，通信相当于人的神经，而传感器就相当于人的感官。比如温度传感器、光电传感器、湿
12、度传感器、超声波传感器、红外传感器、压力传感器等等，超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制 ,建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。 和其他方法相比，如激光测距、微波测距等 ,由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度 ,对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易 实现、结构简单和造价低 ,且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，超声波传感器在测量方面有着广泛、普遍的应用。 近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测
13、量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随 着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。 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，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点
14、。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境 中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声 波 在特殊环境下 测距 有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。 因此超声波测距在移动
15、机器人的研究上得到了广泛的应用。同时 由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面2 也得到了广泛 的应用。 本设计是一个基于单片机 AT89S52 和外围电路的超声波测距系统设计，利用测量超声波遇到障碍物的往返时间从而测得实际距离。通过本设计的研究， 将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步 。 3 第 一 章 总体 方案 设计 1.1 超声波测距系统的 设计要求 本设计要求能测得离障碍物的具体距离数值，测量范围为： 0.05m 5.00m，其中要求测距精度为 0.01m，由于超声波测距模块 US020 自带温度补偿功能， 所以 在测距时能实现温度补偿，并且能够无线传输
16、功能 ， 能够在 LCD1602 上实时显示测量的距离数值，在超出测量范围后 通过蜂鸣器发出 报警。 1.2 超声波测距系统设计方案的选择与论证 1.2.1 主控芯片选型 目前市场上的单片机种类繁多，每种单片机都各有其特色。 51 系列 8 位单片机以其低功耗、廉价、性能稳定的特点在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。经过 查找 的资料收集整理可知， AT89S52 其体积小、成本低、功能丰富且实现方便 1。 综合考虑各方面的因素，本设计选择 了 Atmel公司 生产的 AT89S52 作为主控芯片。 1.2.2 超声波测距实现方案 方案一：通过单片机 P1.0 端口编程输出 40KH
17、z 左右的方波脉冲信号，加上功率放大电路驱动超声波发射探头 UCM40T 发射超声波距离足够远。 再通过单片机 P1.1 端口接收发射回来的超声波， 由 于 接收探头传来的超声波回波 很微弱，又存在着较强的噪声，所以通过 CX20106A 集成电路对 接收探头接收到的信号进行放大、滤波，最后信号送入单片机进行处理 3。 由于该方案设计复杂，而且测量效果误差较大，所以不采用此方案。 方案二：采用 US020 超声波测距模块实现测距功能，该模块支持 GPIO（通用输入 /输出） 通信模式，内带看门狗，工作稳定可靠 ，而且 自带 温度补偿 功能，误差较小。因此本设计 采 用了 US020 超声波测距
18、模块。 1.2.3 测量数据 显示实现方案 方案一： 采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适， 如果 用来显示数字则会显得十分浪费，成本较高，所以不采用此种显示方案。 方案二：采用 LCD1602 显示， 由于 LCD1602 具有显示质量高、体积小、重量轻、功耗低、能够显示两行的数据。符合本设计的设计要求，简单易实现，因此采用 LCD16024 进行测量数据 显示。 1.2.4 无线收发实现方案 由于本设计要求实现无线收发功能 ，在查找相关资料后， NRF905 无线芯片是挪威NORDIC 公司出品的低于 1GHz 无线 数据传输 芯片，主要工作
19、于 433MHz、 868MHz 和915MHz 的 ISM 频段。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。因此采用了 NRF905 无线芯片来实现收发功能。 1.3 设计总体结构框图 本系统采用两片 AT89S52单片机作为主控单元 ，主 AT89S52通过测量输出脉冲宽度 （ 即发射与接收超声波的时间间隔 ） 结合环境温度来计算距障碍 物的距离，并将计算的距离以无线方式发送给从单片机，从单片机通过无线方式接收到距离数据，通过 LCD1602液晶显示器 实时 显示 测量结果。其 总体 结构 框图 如图 1.1所示 。 图 1.1 超 声波测距系统 总体结构 框图 1.4 本章小结 本章主要介绍了超声波测距系统的设计方案，主要以 AT89S52 单片机为核心，并配有超声波测距电路、显示电路、无线收发电路和 控制电路组成，能够根据需求测得障碍物的距离。 超声波接收 超声波发射 A T 8 9 S 5 2 A T 8 9 S 5 2 无线发射模块 无线接收模块 显示模块 报警模块
