目 录
一、绪论 1
1.1 国内外超声波测距的发展现状 1
1.2 超声波测距的背景及意义 1
1.3课题完成的主要内容 1
二、超声波测距的原理 2
2.1 超声波的物理性质 2
2.2 超声波测距方法 3
三、系统硬件的具体设计与实现 4
3.1 系统电路原理和设计方法 4
3.2 STC89C52单片机最小系统设计 5
3.3 超声波测距模块HCSR04 7
3.3.1 超声波传感器 7
3.3.2 HCSR04模块电路设计 9
3.4 LCD1602液晶屏 10
3.4.1 LCD1602液晶屏介绍 10
3.5 DS18B20温度传感器 12
3.5.1 DS18B20内部结构和外形 12
3.5.2 测温电路原理图 14
3.5.3 DS18B20与单片机的典型接口设计 14
四、统软件设计 16
4.1 超声波测距主系统过程设计 16
4.2 LCD1602液晶显示模块过程设计 18
4.3 DS18B20温度传感器模块过程设计 19
五、调试 20
5.1 系统调试 20
5.2 实验现象 23
六、总结 24
七、致谢 25
八、参考文献 26
九、附录：主程序 27
一、绪论
1.1 国内外超声波测距的发展现状
国内：早在20世纪50年代国人就开始了对超声波的探索与研究工作。进展比较缓慢没能达到预期的效果。随着单片机的问世，给超声波技术带来了福音。借助于单片机技术为超声波的很多困难。为了减小超声波测距中的误差，研究人员又引入了温度补偿，接入回路增益调节等。
国外：对于超声波的研究与探索国外要领先国内很多年。早在19世纪中后期，国外的科学家就提出了用超声波来进行特殊环境的工作，从而取代人工大大提高工作效率。目前超声波的主核心依旧是国外，在各行业运用超声波技术，例如
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：航海、钻探、医疗和冶金等等。
1.2 超声波测距的背景及意义
背景：生活生产中往往会遇到很多特殊环境人类史无法直接接触或者靠近的，例如深不见底的煤矿工厂，环境复杂的海底世界，腐蚀强度很大的液体等等，这时候就需要利用超声波技术对其进行操作。
意义：超声波技术的发展与运用使得人们的生活变得更加简单，在交通方面，可以运用于倒车雷达；生活方面，可以运用于超声波震荡器洗衣，清洁；在工业制造中，可以用于测距，液位等等；
1.3课题完成的主要内容
1.温度的采集；
2.超声波的发射与 接收时间计算；
3.LCD1602显示处理；
4.实物的焊接，布局和布线合理美观。
二、超声波测距的原理
2.1 超声波的物理性质
1.超声波的类型
（1）横波—振动方向与波向为90°的波（在固体中传播）；
（2）纵波—振动方向与波向为0°的波（在固体、液体和气体中传播）；
（3）表面波—振动方向与波向为090°的波（强度逐渐减弱）；
2.超声波的反射和折射
如图2.1所示：反射与折射现象在超声波传播中也是存在的。两个介质不同是导致这种现象的最终原因。如图2.1所示：


图2.1声波的反射和折射
3.超声波的衰减
超声波在一种介质中传播，其声压和声强按指数函数规律衰减。
4.超声波的干涉
如果在同一介质中有几种声源传播，这种情况下回发生波的干扰。
5.超声波对声场产生的作用
(1) 机械作用
超声波传播会导致介质质点压缩与伸张，有时足以达到破坏介质的程度。
(2) 空化作用
液体中的气泡会受到超声波的影响从而产生振动，当振动强度达到一定值时，会导致气泡的爆炸，引起空化作用。
(3) 热学作用
超声波使得空气中的气体大幅度的振动，空气分子之间便会不停地剧烈摩擦，从而产生热效应，就是所谓的摩擦生热，具有热学作用。
2.2 超声波测距方法
对于超声波测距方法很多，但是最实用并且准确度最高的就是本次设计中说的算取接收和返回时间差计算距离的方法。340m/s的波速会出现在环境温度为15℃时，此时超声波发射器发射超声波的时间为X1，超声波接收返回的时间为X2，则时间差值为X1－X2。用15℃环境下的340m/s乘时间差值算取从发射到接收这段时间的距离，然后除以2就测算出距离。
340（m）×（X2X1）(s)
L=
2
图 2.2 超声波测距的算
三、系统硬件的具体设计与实现
3.1 系统电路原理和设计方法
如图3.1所示：该电路原理图是以STC89C52单片机为主控制中心CPU,在P0 I/O出外接上拉电阻实现数据的输入输出功能。RST引脚外接电路实现单片机复位，连续2个机器周期高电平有效。人对认为修改的预设危险距离进行复位初始状态，两个引脚XTAL1和 XTAL2是内部反相放大器的接口，一般用作外接振荡源。P2口引脚外接超声波测距模块，温度传感器模块，蜂鸣器指示灯和按键（认为增大或减小危险距离预警按键），实现预期效果。同时也引入了电源接入来和给单片机提供电能， LCD1602液晶显示模块也被投入电路模块。


图3.1 系统电路原理图
如图3.2所示：测量实时温度，启动超声波模块发送，计时等待接收并根据温度经过计算，将测到的结果通过液晶屏显示出来，当超时没有接收到超声波回复时，液晶屏显负号，表示距离太远，当测量距离低于设置距离时，启动蜂鸣器和LED报警。



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