1. 研究目的与意义

超声波测量精确高，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。

国内对超声波回报信号处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究，并针对超声波测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。随着科学技术的不断进步，超声波的应用也越来越广泛。

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。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。

2. 课题关键问题和重难点

首先关键问题，了解数字电路分析，掌握液晶显示等基本知识和单片机控制系统的功能的实现。 单片机控制超声波模块发出超声波，然后检测超声波模块是否有回馈信号，有的话则启动定时器，计算该回馈信号的时间长度即为超声波往返的时间长度，同时测量空气环境的温度值，根据测得的温度值，计算出超声波在该温度下的传输速度，然后通过公式s=vt/2计算出被测物体距离超声波探头的距离，并且在1602液晶上显示出该距离值。可以通过按键设置一个报警值，测量到的距离一旦小于报警值，则启动声光报警功能。

难点在于倒车雷达系统要具备距离测量，报警功能，测量距离大于4米，误差10厘米。越近报警频率越高，即可通过按键设置一个报警值。可测量环境的温度值，对测量结果进行温度补偿计算。

各单元电路调试好以后，并不见得由它们组成的整体电路性能一定会好，因此还要进行整体电路调试，对电路及其参数进行修正，直到全部电路的性能完全符合设计要求为止。

3. 国内外研究现状（文献综述）

倒车雷达的超声波测距的原理是通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了，这与雷达测距原理相似。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，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停止计时。根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=vt/2。其中v是超声波在空气中的传播速度，由于超声波属于声波的一种，因此传输速度也会受温度的影响。，所以本设计还加入了温度补偿模块，通过测量空气环境的温度值，对超声波的传输速度进行实时计算。

采用单片机作为系统控制器。单片机具有可靠性强、性价比搞、电压低、功耗低等优点得到迅猛发展和大范围推广，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种逻辑功能，本身带有定时器、计数器，可以用来定时和计数，并且其功耗低，体积小，计数成熟和成本低等优点。

本次设计选用hc-sr04超声波模块，该模块使用的是t40-16t/r超声波传感器。根据其原理设计超声波测距系统的硬件结构电路，对设计的电路进行分析能够控制其产生超声波，实现对超声波的发送和接收，从而利用超声波测距的原理来实现对物体间距离的测量。

4. 研究方案

基于单片机的超声波测距仪的原理：由STC89C52单片机控制定时器，计算超声波自发射到接收的往返时间，从而算出实测距离。并且在1602液晶上将测得的距离显示出来。

最开始先进行液晶的初始化和定时器的初始，液晶初始化包括功能初始化和显示内容初始化。接着进入一个死循环的过程，进入循环的第一个任务就是采集当前环境的温度值并在液晶的第一行显示出来，并根据该温度值计算出一个实时的超声波传输速度值；然后第二个任务就是控制超声模块进行测距，将测得的距离值进行温度补偿，接着在液晶的第二行显示出来；第三个任务就是判断该测得的距离是否小于设置的报警值，如果小于的话，则进行声光报警。最后一个任务就是扫描按键是否按下，有的话，进入报警值的设置操作。完成了一次循环的过程，重新开始任务一并不断如此循环，图1方案流程图如下。

5. 工作计划

第1周：通过复习《数字电路技术基础》、《电路分析基础》、《单片机原理与应用技术》等书中相关内容，了解数字电路分析，掌握液晶显示等基本知识和单片机控制系统的功能的实现；

第2周:通过所查找的文献来确定自己所要设计的基于单片机的超声波测距设计的基本构造和所要实现的基本功能，复习51单片机相关知识和其应用的电路，完成对单片机i/o接口及外围电路的设计，确定完成基本功能的电路模块；

第3周:按照基于单片机的超声波设计的功能要求画出程序流程图，根据流程图初步编写各功能模块的程序，然后对各子程序模块进行整合，完成整个电路的程序的编写。运用绘图软件,绘制电路原理图。