1. 研究目的与意义

近年来随着现代科技技术、工业控制自动化技术、电子技术、信号处理技术、传感器和单片机控制技术、超声波相控技术的快速发展，具有非接触式检测特性的超声波测距已经在多个领域中发挥着不可替代的作用。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD 探测、雷达测距、激光测距等。超声波测距与其他几种测距方式相比，超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备在使用中不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响 ,加之其信息处理简单、速度快、成本低, 在机器人避障和定位、车辆自动导航、液面检测等方面已经有了广泛的应用。毋庸置疑，随着人工智能的不断发展，超声波测距系统将与智能化接轨，配合其他的传感器系统集成和融合，形成一套智能的自动化生态链，具有不可限量的发展前景。本课题拟以单片机51系列为核心控制部件，辅以超声波测距传感器，以及相关外围电路，设计并制作一款可以用于测量距离的装置。旨在通过该装置的设计与实现，运用所学知识解决实际工程问题的能力得到一定的训练和培养。

2. 课题关键问题和重难点

1.超声波测距原理认知:分析比较超声波测距的影响条件及优劣性；2.软件与硬件的链接和调试；3.距离数据传输转换:采集的数据进行传输；4.距离数据分析:通过单片机进行数据分析,然后将数据传输到数码；

5.距离数据显示:通过单片机处理过的数据进行显示；6.系统原理图的绘制和pcb板的制作并进行软件设计；

7.由于信号起伏、温度对声速的影响等原因 ,超声测距系统测距精度的提高受到很大的限制；

3. 国内外研究现状（文献综述）

超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。^[5]

目前市场上普通的超声波测距系统，一般采用发射单超声脉冲的方法，这种方法在测距精度和可靠性等方面的研究已较成熟。^[2]但是当它采用较高频率超声波时，会因空气吸收而较快衰减，导致有效测量距离降低; 在通过降低频率以增大测距范围时，测距的绝对误差又会增大。因而该方法存在测量分辨力和有效作用距离的矛盾，极大制约了超声波传感器应用领域的拓宽。

近年来，如何合理选择超声发射脉冲，可以使超声波测距系统在提高有效作用距离的同时，相应提高测量精度与抗干扰能力，成为超声波测距技术的又一个重要研究方向。针对此点，程晓畅借鉴雷达信号处理中的脉冲压缩技术，率先提出通过选用伪随机二进制序列作为超声发射的脉冲压缩信号，并在接收端对回波进行处理，从而获得窄脉冲的方法。^[13]杜晓等则兼顾测距范围和精度，提出通过采用 40khz 与 20khz 两种超声波同时测距的双频超声测距方法。脉冲压缩技术与双频超声测距技术在超声测距中的应用，在一定程度上使超声波测距系统同时具备了窄脉冲的高分辨力和宽脉冲的强检测能力，但仍旧不能满足高精度测量的要求。

4. 研究方案

本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。本设计拟采用at89c52单片机：

超声波测距的原理：超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。x2是声波返回的时刻，x1是声波发声的时刻，x2-x1得出的是一个时间差的绝对值，假定x2-x1=0.03s，则距离为340mx0.03s=10.2米。这就是超声波探头到反射物体之间的距离。

5. 工作计划

第1周:查阅资料,对课程设计进行初步规划。

第2周:整理资料,确定所设计测量系统的基本原理。

第3周:根据原理及设计需要选择合适的单片机系统，对单片机系统进行学习和认知。