1、 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 基于单片机的超声波测距倒车系统的设计与实现 Design and Realization of ultrasonic distance measurement system based on single chip microcomputer 学生姓名 学院名称 信电工程学院 学号 班级 专业名称 计算机科学与技术 指导教师 2016 年 5 月 13 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外
2、，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工 程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩
3、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 摘要 超声波的指向性特别强 ，能在空气中传递很远距离，所以超声波经常被用于测量物体间的距离。同时超声波的测量还具有可以快速计算的优点，并且测量的精度很高，完全可以达到工业实用的要求，性价比十分高。 本文详细介绍了一个基于单片机的超声波雷达倒车测距装置，硬件的最核心器件是单片机 AT89C52，还包括电源模块、报警模块、超声波模块、无线传输模块、显示模块等。它的工作原理是采集端的数据被 NRF24L01 的无线传输模块实时发给主机，实现较远距离的无
4、线测算。此系统主要分为从机部分和主机部分。从机主要负责的是超声波的数据接收和处理，然后用 NRF24L01 的无线模块发给主机。而主机主要负责在液晶显示屏上显示测距信息，并且可以通过按键进行设置报警距离。 关键词 超声波 ； NRF24L01； 无线传输 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) III Abstract Ultrasonic directivity is particularly strong, can be transmitted in the air very far away, so ultrasound is often used to measure the distanc
5、e between objects. At the same time, ultrasonic measurement has the advantages of fast calculation, and the measurement accuracy is very high, can meet the requirements of industrial and practical, cost-effective very high. This paper introduces a microcontroller based ultrasonic distance measuremen
6、t device, the hardware of the core device is AT89C52 microcontroller, also includes ultrasonic module, wireless transmission module, display module and so on.Through the NRF24L01 wireless transmission module, the data of the collected data is sent to the host in real time.This system is divided into
7、 the machine testing part and host receiving display alarm.From the machine is mainly responsible for ultrasonic measurement and data processing, through the wireless module nRF24L01 sent to the host.The host is responsible for the display on the LCD screen ranging information, and can be set alarm
8、distance through the key. Keywords Ultrasonic NRF24L01 Wireless transmission 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题的背景 . 1 1.2 国内外发展状况 . 1 1.3 研究的主要内容 . 1 2 开发环境及相关知识介绍 . 3 2.1 C 语言系统概述 . 3 2.2 开发环境及工具 . 3 2.2.1 PROTEL99SE . 3 2.2.2 Keil . 3 2.2.3 STC-ISP . 3 3 系统需求分析与概要设计 . 4 3.1 系统总体方案设计 . 4 4 芯片资
9、料简介 . 5 4.1 无线收发模块 . 5 4.1.1 引脚功能及描述 . 5 4.1.2 工作模式 . 6 4.1.3 工作原理 . 7 4.2 STC89C52 单片机简介 . 8 4.2.1 单片机的引脚功能描述 . 8 5 硬件系统的设计 . 10 5.1 硬件系统设计的总体方案 . 10 5.2 单片机最小系统 . 12 5.3 单片机时钟电路与复位电路的模块 . 12 5.4 液晶显示模块 . 13 5.5 按键控制电路模块 . 13 5.6 电源模块 . 14 5.7 声光报警电路模块 . 14 5.8 无线传输模块 . 15 6 软件系统的设计 . 16 6.1 软件设计思路
10、 . 16 6.2 主程序流程图设计 . 16 6.2.1 发送模块 . 16 6.2.2 接收模块 . 16 6.3 子程序设计 . 17 6.3.1 无线发射模块的软件设计 . 17 6.3.2 无线接收模块的软件设计 . 18 6.3.3 超声波探测程序流程图 . 20 6.4 硬件设计 . 21 6.4.1 元件清单 . 21 7 焊接说明 . 22 7.1 焊接思路 . 22 7.2 焊接过程 . 22 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) II 7.2.1 最小系统的焊接 . 22 7.2.2 电源电路的焊接 . 24 7.2.3 报警模块的焊接 . 25 7.2.4 焊接成品 . 2
11、5 8 系统调试 . 28 8.1 调试步骤 . 28 8.2 实验结果 . 28 总结评价 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 1 绪 论 1.1 课题的背景 随着科技的飞速发展，生活中对无线电的应用越来越多，无线测距的研究正是现在科技发展的一个新的方向，其应用已经涉及到生活的方方面面。当把无线测距运用在汽车上时，驾驶员在倒车过程中便可以利用无线测距的仪器的报警功能，当快要撞到后面的物体时而警醒，能在一定程度上避免事故的发生和保障人们的生命安全。 超声波实际应用在测距这个方面的实例越来越多。但按照现在的科学技术水平看，人们在生活中的应用还十分有
12、限，因此，这是一个很有发展前景的技术。预测在未来，作为一种新颖的而且非常实用重要的工具的超声波测距，在社会 的各个领域都将有庞大的潜力空间，它也将应用在高定位、高精度的、高需求的特殊环境中，如声纳的发展方向为：开发高精度的测距声纳，使水中武器能进行隐蔽攻击；研发能在浅海进行工作的潜艇声纳，尤其要解决如何在浅海中识别目标；降低甚至去除潜艇自身噪声。不用怀疑的是未来的超声波测距肯定是要与自动化、智能化结合，同时也可以和其他的测距仪器拼接组装，从而形成多测距仪。测距仪器将会伴随着科学技术的发展，从只能够简单的判断一步步的发展到能够自身学习的程度。在不久的未来，气象一新的测距仪器在生活中的巨大作用会让
13、人民惊讶。 1.2 国内外发 展状况 在这短短几十年里，超声波技术伴随着科学技术火箭般飞速发展从而得到迅猛发展，超声波测距相对于其他测距技术而言，成本低廉但是测量精度方面相对比较高而且受环境因素的限制也相对较轻，所以实际的应用范围十分广泛，也可以把它与红外传感器、灰度传感器等结合起来，共同实现测距、绕障、自动寻线等功能。超声波实质是一种机械波，它的工作频率是 20KHz 以上， 它的传播速度在 20 C 温度的空气中大约为 340 m s。它在距离测量、管道长度测量、倒车雷达应用、液位测量、移动机器人的开发等地方应用广泛。因此这是一个非常具有实用价 值和有商业价值的课题。 在实际的生活应用过程
14、中，超声波测距有很多的局限性，比如在空气中的灰尘会导致超声波衰减，当测量距离较远时，会导致测量的误差较大。除此之外还有一些其他的外界因素，比如环境的温度、颗粒物的含量、风速等也会对数据的准确性有所影响，因此，这些问题限制了超声波测距在一些要求较高的场合的使用。在解决这些客观因素的基础之上，进一步的加强超声波测距的精度和准确性，具有十分重要的现实意义。 1.3 研究的主要内容 此设计中使用的芯片主要有 Nordic 公司生产的工作频段是 2.4GHz 的 NRF24L01 射频芯片 ，除此之外，还有低功耗控制并且可以实现短距离无线数据通信的单片机芯片徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 STC8
15、9C52。该设计的成本比较低但是数据传输速率高而且通信稳定以及使用的设计软件较为简单。这个系统主要有主机和从机二个部分组成的。从机可以获得与被测物体间的距离，发送给主机，主机在液晶显示屏上显示测量距离和报警距离。 本设计的核心是单片机 STC89C52 芯片。单片机能够使用广泛，与它构成的计算机应用系统的特点有紧密关系的： 有较大的可靠性。 构建方便、简洁、易懂。 具有优异的性价比。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 2 开发环境及相关知识介绍 2.1 C 语言系统概述 C 语言是一门通用 的 计算机编程语言 ， 在计算机编程方面 应用 十 分 广泛。 C 语言的设计 ，能提供给用户简单的
16、可编译方式，它产生少量的机器代码，而且不需要任何操作环境就可以进行编程。 C 语言 的 跨平台 的 特性 十分优越 ，标准 C 语言写出 来 的程序 可以 在 多台 电脑 平台 上 进行 编译， 乃至还可以在 一些嵌入式 处理器 等作业平台 上编译 。 2.2 开发环境及工具 2.2.1 PROTEL99SE PROTEL99SE 是可以在 Windows9X/2000/NT 操作系统下操作的 EDA 设计软件，它所使用的管理模式是是设计库管理模式，拥有非常强的数据交换能力、开放性和 3D 模拟功能，印制电路板设计、电路原理图设计甚至 可编程逻辑器件 设计 的 工作 都可以用它来进行 。 按系
17、统功能划分 PROTEL99SE 的系统组成，主要可以分为电路工程设计部分和电路仿真与 PLD 部分，它可以进行电路原 理设计，也可以印刷电路板设计和自动布线。 PROTEL99SE 功能特性主要包括： 1、超强功能的、修改与编辑功能 2、强大的设计自动化功能 2.2.2 Keil Keil 是一个通过 C 语言 进行软件编程的 单片机 系统， C 语言 具 有可读性 强 、功能 完整 、结构 完善的 优势， 因此通俗易懂 。 Keil 通过集成开发环境 Vision 将 C 编译器 、宏汇编、链接器、库管理和仿真调试器等 整合在一起。 它的优点主要有以下两点： 1、 Keil C51 在 生
18、成目标代码 方面 效率 很 高，汇编代码 组装 紧凑， 通俗易懂 。能 更好的反映 高级语言的优势。 2、 同其他语言对比 ， C 语言可读性 更强 、功能 广 、结构性 完整 ， 通俗易懂 。 2.2.3 STC-ISP STC-ISP 是一种专门为 单片机 烧写程序的 软件 ，因为它 使用 起来十分简单 ， 即使初学者也可以在几分钟内学会使用，所以现在 被 应用很 广泛。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 3 系统需求分析与概要设计 3.1 系统总体方案设计 本系统主要是有主机部分和从机部分两组成。系统无线距离数据传输是采用挪威(Nordic)公司生产的 NRF24L01 收发模块。从
19、机由一个 NRF2401 做成的无线发射模块、一个 HC-SR04 做成的超声波测距 模块、一个单片机最小系统、一个电源、一个信号指示灯组成的。从机是用来进行距离的数据采集和传输。主机由一个报警电路、一个 1602 显示电路、一个 NRF2401 做成的无线接收模块、一个信号指示灯、一个按键模块、一个电源模块、一个单片机最小系统组成的，主机是用来接收从机发过来的数据，并且对收到的数据进行实时处理，然后在 1602 液晶屏显示和通过报警电路进行报警。从机和主机间最大距离是100m。在本设计中的报警距离是通过主机的三个按键进行设置，在设置报警距离时候，如果按住加键时间超过 1s，就会自动连续加，反之，如果按住 减键时间超过 1s，就会自动连续减。如果被测的距离少于或者等于设置的报警距离时，蜂鸣器会发出刺耳的报警声，并且发光二极管会闪烁。 系统总体结构框图如图 3-1 所示 图 3-1 系统总体结构框图 STC89C52 主 控 制 器 nRF24L01发射模块 nRF24L01接收模块 STC89C52 主 控 制 器 液晶显示 电源模块 电源 模块 超声波测距模块 声光报警 按键模块 距模块
