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致谢 31
参考文献 32
1 引言
1.1 选题的背景
随着计算机的日益普及与发展，早期的纸质的健康档案已被储存在计算机中的档案所代替，原来的人工测量的方法已不能适应现代数据采集的需要。为了实现数据采集的完全自动化，系统采用了超声波测量身高，然后通过通信接口将数据传到计算机中进行处理的方法[1]。这样既提高了工作效率，也增加了使用的灵活性。
如今我国科学技术的迅速发展，许多场合都需要测距仪器的应用，比如汽车倒车，建筑工地的施工以及矿井深度、管道长度、水位位置等场合都需要用到测距仪器。由于超声波测距与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，广泛应用于液位和物位的非接触式测量，因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。但就目前整体的技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，所以这是一个正在蓬勃发展又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪将作为一种新型的工具在除了测量身高之外的各个领域都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。
1.2 选题的意义及发展现状
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了[2]。
超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是利用计算超声波在被 测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式式的测量所 以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如要测量有毒或有腐 蚀住化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之闻的距离。
目前基于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和 控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。本文结合超声波精确测距
的需要，分析了影响超声波测距精确的多种因素，进行了系统的硬件设计和软件设计，来有效提高超声波测距系统的精度。
根据超声波测距的原理，设计了AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距系统，考虑到单片枕测量精度受到内部主振频率或参考频率的限制，从硬件电路设计角度出发，采用了一种单片机外部硬件扩展计数电路，通过丹高计数的参考频率来提高了测距系统的计对精度，以最终提高了系统的测距精度。经过实验分析，效果良好。
为了进一步提高超声波测距仪的测量精度和分辨力，又进行了设计改进，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，可有效地消除温度变化对精的影响；同时采用CPLD芯片完成原计数功能，从而提高了超声波往返时间的测量可靠性。
1.3 论文的主要内容及章节安排
本文首先介绍了超声波测距的工作原理，接着基于测距原理，介绍了一种硬件设计。为了提高测量精度，然后我们又设计了一种以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距硬件系统。最后通过基于Proteus的软件仿真来对系统的软硬件调试。论文研究内容和章节安排如下：第一章介绍了本课题的背景与意义，研究的发展与现状；第二章介绍了超声波测距系统的工作原理，以及系统整体设计的方案与论证；第三章根据超声波测距系统的原理，设计以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化的硬件系统；第四章根据超声波测距原理来进行软件的设计；第五章基于Proteus的软件仿真以及系统软硬件的调试；最后是对于本文的结论和致谢。