上海电机学院课程设计任务书
课程名称传感器原理及应用课程代码013096B1
课程设计
基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计课题
设计时间2014年12月8日——2014年12月12日
一、课程设计任务
1.了解超声波测距原理,查寻相关资料。
2.根据超声波测距原理，基于AT89C51单片机设计超声波测距仪的硬件结构电路。功能要求：
(1)设计的电路能够实现超声波的发送与接收，并进行分析，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。
(2)测量距离的范围是2cm—400cm精度为±1cm。
(3)能够通过数码管显示所测的距离。
3.基于AT89C51单片机进行软件编程，用PROTUES进行仿真。
二、对实训/课程设计成果的要求
课程设计成果及报告要求：
1、题目；
2、设计要求；
3、控制系统的总体设计方案（分析及原理阐述）；
4、控制系统的硬件系统设计（图应包括硬件系统原理框图、硬件系统原理接线图）；绘图用protel软件；
5、控制系统的软件设计（图应包括软件设计主程序流程图、子程序流程序、中断程序流程图等，包括程序清单）；
6、调试，完成硬件接线调试及软件程序调试，可以用实验箱、电路板搭建硬件电路，仿真用proteus；
7、小结（对本课题进行总结，比如特点、优缺点等）；
8、心得体会
9、参考文献
三、实训/课程设计工作进度计划：
一第一天：安排课题，查找资料，确定控制要求和控制方案；
二第二天：硬件电路设计、软件程序设计；
三第三天：检查硬件电路设计、软件程序设计；调试情况
第四天：检查系统设计及完成情况；撰写课程设计报告；验收调试结果；
第五天：答辩；交课程设计报告。
四、主要参考资料：
[1].刘凤然.基于单片机的超声波测距系统[J].传感器世界.2001.5
[2].葛健强.基于CPLD的超声波测距仪研制[N]. 无锡商业职业技术学院学
报.2004.4
[3].何希才,薛永毅.传感器及其应用实例[M].机械工业出版社.2004
[4] 李光弟，朱月华，冷祖祁.单片机基础（第三版）[M].北京：北京航空航天
大学出版社.2007.6
[5].吴斌方,刘民,熊海斌.超声波测距传感器的研制[M.湖北工学院学报.2004
[6].谭洪涛,张学平.单片机设计测距仪原理及其简单应用[J].现代电子技
术.2004
[7].苏炜,龚壁建,潘笑.超声波测距误差分析[J].传感器技术.2004
[8].罗忠辉,黄世庆.提高超声测距精度的方法[J]. 机械设计与制造.2005
[9].秦旭.用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距仪[J].电子产品世
界.2003
一．题目：基于AT89C51单片机的超声波测距系统设计 二．设计要求
根据超声波测距原理，基于AT89C51单片机设计超声波测距仪的硬件结构电路。功能要求：
(1)设计的电路能够实现超声波的发送与接收，并进行分析，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。
(2)测量距离的范围是2cm —400cm 精度为±1cm 。
(3)能够通过数码管显示所测的距离。
三．控制系统的总体设计方案
1.功能模块图
2.测距原理
单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的
回波, 从而测出发射和接收回波的时间差t ，然后求出距离2ct
S
式中的c 为超
声波在空气中传播的速度。
3.测距设计
基于单片机的超声波测距设计，是利用单片机发出一个20um 周期为65.536ms 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传感器发射端震荡，发射超声波。超声波波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收，再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如图3-1所示。
AT89C51
超声波测距模块
复位电路 显示模块
图3-1 基于单片机的超声波测距系统框图
4.总体设计方案
图3-2 时序图
以上时序图表明你只需提供一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将产生出8个40KHz周期电平并检测回波。一但检测大有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。有此种方式通过发射喜好到收到信号的时间间隔通过计算公式可以计算出距离。
5.超声波模块的选用
根据测距需求，选用HR-SR04超声波测距模块。HR-SR04可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
电气图：
四．控制系统的硬件系统设计
4.1 AT89C51单片机简介
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。其管脚图如图4-1所示。
4.2 复位电路
单片机AT89S51作为主控芯片，控制整个电路的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。复位电路的设计图如图4-2示：
图4-2复位电路
4.3 发射电路的设计
由单片机产生的40kHz 的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本课题所选用的是74HC04集成芯片，图4-3为发射电路图.
LS1
SPEAKER
5
6
U1C
74HC04
9
8
U1D
74HC04
1
2
U1A 74HC043
4
U1B 74HC04
11
10
U1E
74HC041
2
U1A
74HC04
I/O
图4-3 发射电路
74HC04内部集成了六个反向器（输入与输出相位相反的电子电路），即1A 输入高电平，1Y输出高电平同时具有放大的功能。
74HC04管脚图
4.4 接收电路的设计
使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。电路如下图4-4所示。
图4-4 接收电路
4.5 显示模块的设计
显示模块采用四位八段数码管
图4-5 四位八段共阴LED数码显示管原理和结构
五．控制系统的软件设计
单片机编程产生一个触发信号，使超声波发射模块工作，的同时利用定时器的计数功能开始计时，当超声波接收模块接收到回波后，接收电路输出端产生的负跳变在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，停止计时，读取时间差，计算距离，然后通过软件译码，将数据输出P0口显示。
程序流程图如图5-1，(a)为主程序流程图，(b)为定时中断子程序流程图，
(c)为外部中断子程序流程图。
5.1信号的发生和接收
超声波信号的发生需要一个20us的触发信号，接收信号需要通过外部中断来实现，同时用定时器进行定时计数，这个过程需要循环，以下为循环程序部分。
while(1) //程序循环
{
Trig=1;
delay_20us();
Trig=0; //产生一个20us的脉冲，在Trig引脚
while(Echo==0); //等待Echo回波引脚变高电平
succeed_flag=0; //清测量成功标志
EX0=1; //打开外部中断
TH1=0; //定时器1清零
TL1=0; //定时器1清零
TF1=0; //
TR1=1; //启动定时器1
EA=1;
while(TH1 < 30);//等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现）
TR1=0; //关闭定时器1
EX0=0; //关闭外部中断
5.2 计算
void conversion(uint temp_data)
{
uchar ge_data,shi_data,bai_data,qian_data;
qian_data=temp_data/1000;
bai_data=temp_data/100 ;
temp_data=temp_data%100; //取余运算
shi_data=temp_data/10 ;
temp_data=temp_data%10; //取余运算
ge_data=temp_data;
qian_data=SEG7[qian_data];
bai_data=SEG7[bai_data];
shi_data=SEG7[shi_data];
ge_data =SEG7[ge_data];
EA=0;
qian=qian_data;
bai = bai_data;
shi = shi_data;
ge = ge_data ;
EA=1;
}
六．调试仿真
软件程序编写完成后，用Protues软件绘制电路图，写入程序进行调试。
1.放射方波前，处于静止状态
2.放射方波后，动态显示
七．小结
本课题介绍了一种基于单片机的超声波测距设计的原理和设计。给出了硬件和软件的设计方案。
超声波传感器是本设计的核心器件，本论文详细地介绍了超声波传感器的原理、结构、检测方式以及它的一些特性。
本设计的发射电路采用74HC04六反向器，通过它对单片机产生的方波信号进行放大，以驱动传感器工作。接收电路采用的是LM741，通过接收电路对接收
到的信号进行放大和整形，最终再输出负脉冲给单片机响应中断程序。本系统的LED显示部分采用的是静态扫描方式，并用单片机软件译码。单片机内部采用C 语言编程，方波信号的产生、时间差的读取、距离的计算以及显示输出的译码都由单片机编程完成。
本课题所设计的超声波测距系统具有测量精度较高、速度快、控制简单方便等优点。测距范围从2cm到400cm，测量精度在±1cm内。
八．心得体会
自己写自己的+
测距设计在许多工业现场和自动控制场合，都有很重要的作用。但由于经验不足，电路硬件、软件部分都有不够完善的地方，在今后的学习中会进一步改进。
九．参考文献
[1].刘凤然.基于单片机的超声波测距系统[J].传感器世界.2001
[2].葛健强.基于CPLD的超声波测距仪研制[N]. 无锡商业职业技术学院学报.2004
[3].何希才,薛永毅.传感器及其应用实例[M].机械工业出版社.2004
[4] 李光弟，朱月华，冷祖祁.单片机基础（第三版）[M].北京：北京航空航天大学出版社.2007
[5].吴斌方,刘民,熊海斌.超声波测距传感器的研制[M.湖北工学院学
报.2004
[6].谭洪涛,张学平.单片机设计测距仪原理及其简单应用[J].现代电子技术.2004
[7].苏炜,龚壁建,潘笑.超声波测距误差分析[J].传感器技术.2004
[8].罗忠辉,黄世庆.提高超声测距精度的方法[J]. 机械设计与制造.2005
[9].秦旭.用LM92温度传感器补偿的高精度超声波测距仪[J].电子产品世界.2003
程序不手写等改正确直接打印！！！先把前边写好！！！
附录
源程序：
#include
sbit k1=P3^4;
sbit csbout=P1^0; //超声波发送sbit csbint=P3^2; //超声波接收sbit bg=P3^3;
#define LED P0
sbit LED1=P2^4; //LED控制
sbit LED2=P2^5; //LED控制
sbit LED3=P2^6; //LED控制
sbit bj=P2^0;//报警
#define csbc 0.0347
unsigned char cl,mqzd,csbs,csbds,buffer[3],xm1,xm2,xm0,jpjs;//显示标识
unsigned char
convert[10]={0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09};//0~9段码
unsigned int s,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1;
void csbcj();
void delay(j); //延时函数void scanLED(); //显示函数void timeToBuffer(); //显示转换函数
void keyscan();
void k1cl();
void k2cl();
void k3cl();
void k4cl();
void offmsd();
void main() //主函数
{
EA=1; //开中断 TMOD=0x11; //设定时器0为计数，设定时器1定时
ET0=1; //定时器0中断允许
ET1=1; //定时器1中断允许
TH0=0x00;
TL0=0x00;
TH1=0x9E;
TL1=0x57;
csbds=0;
csbout=1;
cl=0;
csbs=8;
jpjs=0;
sj1=50;/////////测试报警距离
sj2=200;
sj3=580;
k4cl();
TR1=1;
while(1)
{
keyscan();
if(jpjs<1)
{
csbcj(); //调用超声波测距程序
if(s>sj3) //大于时显示“CCC”
{
buffer[2]=0xC6;
buffer[1]=0xC6;
buffer[0]=0xC6;
}
else if(s { buffer[2]=0xBF; buffer[1]=0xBF; buffer[0]=0xBF; } else timeToBuffer(); } else timeToBuffer(); //将值转换成LED段码 offmsd(); scanLED(); //显示函数 if(s bg=0; bg=1; } } void scanLED() //显示功能模块{ LED=buffer[0]; LED3=0; delay(200); LED3=1; LED=buffer[1]; LED2=0; delay(200); LED2=1; LED=buffer[2]; LED1=0; delay(200); LED1=1; } void timeToBuffer() //转换段码功能模块{ xm0=s/100; xm1=(s-100*xm0)/10; xm2=s-100*xm0-10*xm1; buffer[2]=convert[xm2]; buffer[1]=convert[xm1]; buffer[0]=convert[xm0]; } void delay(i) { while(--i); } void timer1int (void) interrupt 3 using 2 { TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds++; if(csbds>=40) { csbds=0; cl=1; } } void csbcj() { if(cl==1) { TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=csbs; while(i--) { csbout=!csbout; } TR0=1; i=mqs; //盲区 while(i--) { } i=0; while(csbint) { i++; if(i>=4000) //上限值 csbint=0; } TR0=0; TH1=0x9E; TL1=0x57; t=TH0; t=t*256+TL0; t=t-29; s=t*csbc/2; TR1=1; cl=0; csbint=1; ///////////////////////////////////////////////////////////////// / if(s<=80)bj=0; if(s>80)bj=1; ///////////////////////////////////////////////////////////////// if(s { if(csbs>6) { csbs=csbs-2; sj1=40; } sj1=sj1+2; k4cl(); } else if(s>=sj3) { if(csbs<32) { csbs=csbs+2; sj1=sj1+10; k4cl(); } } } } void keyscan() //健盘处理函数 { xx=0; if(k1!=1) // 判断 开关是否按下 { delay(100); //延时 去抖动 if(k1!=1) // 判断开关是否按下 { while(!k1) { delay(25); xx++; } if(xx>1000) { jpjs++; if(jpjs>3) { k4cl(); jpjs=0; } } xx=0; switch(jpjs) { case 1: k1cl();break; case 2: k2cl();break; case 3: k3cl();break; } } } } void k1cl() { sj1=sj1+1; if(sj1>100) sj1=50; s=sj1; } void k2cl() { sj2=sj2+5; if(sj2>500) sj2=40; s=sj2; } void k3cl() { sj3=sj3+10; if(sj3>600) sj3=600; s=sj3; } void k4cl() { sx1=sj1-1; sx1=sx1/csbc; mqs=sx1/4.5; } void offmsd() //小时数十位为0判断模块 { if (buffer[0] == 0xC0) // 如果值为零时小数十位不显示 buffer[0] = 0xFF; } 原理图： 超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的：了解超声波测距仪的原理，掌握焊接方法，掌握电路串接方法，熟悉电路元件。 实验设备及器材：电烙铁，锡线，电路元件 实验步骤：1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序： #include unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; } 单片机课程设计 一、需求分析： 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量围在１m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。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。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，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置，它能对障碍物进行适时、适量的测量，起到智能操作，实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示： 超声波测距器系统设计框图 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制 目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18) 一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。 摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距 题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子， 导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V 摘要 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT89C51单片机的性能和特点，并在分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以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仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。 关键词AT89C51；超声波；测距 Abstract Ultrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring,building construction site and some industrial scenes extensively. This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of one-chip computer AT89C51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C51 as the core. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module. The research has led to the discovery that the software and hardware designing is justified, the anti-disturbance competence is powerful and the real-time capability is satisfactory and by extension and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace and some industries spot supervision. Key words AT89C51; Ultrasonic Wave; Measure Distance 10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用p1.0端口输出超声波换能器所需的40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序： 开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波 目录 前言 1课题设计目及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计目----------------------------------------------------- 1 1.2设计意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计任务和规定------------------------------------------- 1 正文 1 课程方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案论证-------------------------------------------- 2 2系统硬件构造设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路构造------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机某些C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距某些C语言程序-------------------------------------- 11 《微机原理及应用》课程设计 超声波测距器的设计 学生姓名郝强 学号20110611113 学院名称机电工程学院 专业名称机械电子工程 指导教师王前 2013年12月27日 摘要 随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以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仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。 关键词：超声波；传感器；测量距离；控制 目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.设计目的 (4) 2.总体方案 (4) 3.硬件设计 (5) 3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5) 3.2.1单片机芯片的选择 (6) 3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6) 3.3超声波发射电路设计 (6) 3.3.1选择超声波发生器类型 (6) 3.3.2 超声波发射电路设计 (7) 3.4超声波接收电路设计 (8) 3.5超声波显示电路设计 (9) 4.软件设计 (9) 4.1波测距器的算法设计 (10) 4.2系统的主控制程序设计 (11) 4.3发生子程序设计 (12) 4.4接收中断程序设计 (13) 4.5显示程序设计 (14) 4.6距离计算程序 (15) 5.结论 (17) 参考文献 (18) 基于单片机的超声波测距仪设计 基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED 显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0， 综合性课程设计报告基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计 院系：计算机与通信工程学院 专业：电子信息工程 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间：2012/6/27 综合课程设计任务书 专业：电子信息工程班级：4091603： 设计题目：基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计 一、设计实验条件 keil C和proteus仿真软件 二、设计任务 1)总体功能设计 2)硬件电路设计 3)软件设计 4)工作总结 三、设计说明书的容 1．设计题目与设计任务（设计任务书） 2．前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3．主体设计部分（各部分设计容、总结分析、结论等） 4．结束语 5．参考文献 （答辩时间18周星期日晚7：30，地点：综合楼1313室） 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、实验、收集资料：2 天 设计计算、绘制技术图纸：5 天 编写课程设计说明书：2 天 答辩：1 天 目录 一、设计题目 (2) 二、设计任务及要求 (3) 三、设计容 (3) 1.绪论 (3) 2.总体方案 (4) 2.1 总体设计方案 (4) 2.2超声波测距框图 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1 硬件设计方案 (5) 3.2 各主要模块的硬件设计 (6) 4.系统软件设计 (10) 4.1 程序设计 (10) 4.2 程序流程图 (10) 四、结束语 (13) 五、参考文献 (13) 附录A 系统仿真图 (14) 附录B程序代码 (15) 一、设计题目 基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计 基于单片机的超声波测距仪的设计与实现 中文摘要 本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。单片机控制超声波的发射。然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。 关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警 Design and Realization of ultrasonic range finder based ABSTRACT The design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm. Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称单片机原理与应用 课题超声波测距系统设计 专业班级自动化0901班 学生姓名段志勤 学号 200901020130 指导老师李晓秀 审批 任务书下达日期 2012 年 5 月 30 日任务完成日期2012 年 6 月 13 日 目录 序言 (6) 第一章、总体设计原理 (6) 1.1、超声波测距原理 (6) 1.2、超声波测距系统框图 (8) 1.3、程序流程图 (10) 第二章、系统硬件设计 (11) 2.1、超声波模块电路 (11) 2.2、数码管显示电路 (12) 2.3、单片机最小电路 (12) 2.4、键盘连接 (13) 第三章、系统软件设计 (14) 3.1、主程序流程图 (14) 3.2、子程序设计 (15) 第4章、调试结果 (21) 实验总结 (23) 参考文献 (24) 附录 A、整体电路图 (25) 附录B、程序清单 (26) 序言 由于超生波测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色限制，较其他仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀等恶劣环境，具有少维护，不污染，高可靠，长寿命等特点。因此，超声波测距有着广泛的应用领域。利用超声波检测往往比较迅速，简单，计算方便，易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业使用要求。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。 第一章、总体设计原理 本章主要介绍单片机超声波测距的主要原理，包括超声波测距的原理和STC89C52单片机的原理 1.1、超声波测距原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播频率越高、绕射能力越弱、但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器、或称为超声换能器、它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能、向外发送超声波、反之，当换能器处在接收状态时它可将声能(机械能)转换为电能。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超 声波发生器内部结构如图1-1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。 附录 20 目录 .、八 、- 刖言 1课题设计目的及意义 ---------------------------- 1 1.1设计的目的 ------------------------------------- 1 1.2设计的意义 ------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求 正文 1课程的方案设计 ------------------------------- 2 1.1系统整体方案 ----------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证 ------------------------------- 2 2 系统的硬件结构设计 ----------------------------- 2 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 ----------------------- 3 2.1.1 51 系列单片机的功能特点 -------------------------- 3 2.1.2单片机实现测距原理 ----------------------------- 3 2.2超声波电路结构 ---------------------------------- 4 2.3超声波测距系统的硬件电路设计 ------------------------- 4 2.4 PCB 版图设计 ---------------------------------- 5 3系统软件的设计 ---------- 3.1超声波测距仪的算法设计- 3.2主程序流程图 -------------- 3.3单片机部分C 语言程序 ----- 3.4超声波测距部分C 语言程序 4实物制作 ---------------------------------- 17 4.1电路板焊接及连线图 ------------------------------- 17 4.2实物调试效果图 ---------------------------------- 18 4.3焊接电路板时所遇问题 ------------------------------ 19 --- 6 -——7 7 -----8 ——11 课程设计 课程：xxxx课程设计 题目：超声波测距仪 所属院(系) 电气工程学院专业班级自控1201 姓名袁玉坤学号：1217014031 指导老师王春侠 完成地点电气学院实验室 2015年 12 月 08日 目录 摘要 (1) 一课题的方案设计与论证 (2) 1.1超声波测距系统设计的目的和要求 (2) 1.2 超声波测距系统的工作原理 (2) 1.3 方案论证 (4) 1.3.1结构图 (4) 1.3.2 系统整体方案的论证 (5) 二硬件设计 (6) 2.1单片机电路 (6) 2.2超声波集成模块 (6) 2.2.1超声波集成模块实物图 (6) 2.2.2超声波集成模块参数 (7) 2.2.3接口定义 (7) 2.2.4超声波集成模块时序图 (7) 2.2.5注意事项 (8) 2.3 显示模块（四位共阳极数码管） (8) 2.4电源模块 (9) 三软件设计 (10) 3.1 超声波模块 (10) 3.2 显示模块 (10) 3.3 主程序流程图 (10) 四系统调试 (13) 4.1硬件调试 (13) 4.1.1 LED灯不亮的原因 (13) 4.1.2 LED显示 (13) 4.1.3软件调试 (13) 五结论 (14) 六参考文献 (15) 七附录 (16) 附录A:仿真图 (16) 附录B:元器件清单 (17) 附录C：源程序 (18) 摘要 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。 本设计采用以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仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。 关键词：AT89c51;超声波；测距 超声波测距电路课程设计 报告 设计者：汤政、陈鑫 学号: 0919013540、0919013541 班级：电子0935班 指导教师：苏宏艮、马勇赞、张艳阳 日期：2010年1月10日 目录 一、设计课题目的和要求 (3) 二、计划与安排 (3) 三、课程设计原理与思路 (3) 四、PCB制版设计 (4) 五、组装与调试 (4) 六、单片机C51程序设计 (5) 七、心得体会 (9) 八、附录 (10) 一、设计课题目的与要求 目的：通过本设计了解和掌握超声波传感器测距的原理和方法，加深理解超声波传感器的处理电路设计，同时，掌握温度补偿的办法及提高测量精度的方法以及熟练使用DXP2004软件，了解PCB制板流程，并通过调试器件，烧写单片机C语言程序，能够独立且完整地完成超声波传感器测距实验。 要求：根据给出的方案设计电路图，独立完成绘图、PCB制版、器件装配及调试工作，以及采用单片机实现超声波测距的原理、方法及接口电路的设计。 二、计划与安排 17周（周日之前）：DXP2004绘制PCB图（方案三），依此制作PCB 板 18周（周一之前）：购置所需元器件并自行装配 18周（周三、周四）：参考指导老师意见，完成单片机汇编语言程序设计并调试好设计产品 19周（周三之前）：完成课程设计报告和设计产品的验收 具体流程如下： PCB制版---元器件采购---装配与调试---单片机程序设计---烧写程序---完成设计报告---产品验收 三、课程设计原理与思路 超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。当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。设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为v，则从传感器到目标物体的距离D可用下式求出： D = v t /2 四、PCB制版设计 实训内容及具体步骤 题目基于单片机AT89c51的超声波测距器的设计 学号及XX： 2081224109邓刚 专业名称电子信息科学与技术 2010年10月11日 一:内容提要 随着科技的快速发展，超声波测距应用越来越广泛，可应用于汽车倒车、测量汽车速度（是否超速）、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。 要求测量X围在0.27~4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 就目前水平而言超声波应用X围还是比较有限，还有很大的发展空间，将向高精确度超远距离方向发展。尤其是在军事方面，对检测发现作战于海底的潜艇来说尤为重要，在未来海陆空一体化的战争中检测识别敌人位置的工作越来越重要，超声波可发挥其应有的作用，在未来我相信超声波测距这些将和计算机信息技术，人工智能融合将发挥更大的作用。 二：目录 1.功能原理描述及：3 1意义及功能：3 2.超声波测距器的概述4 2. 硬件电路及描述4 2.1硬件电路4 2.2系统的原理4 3.软件设计流程及描述6 3．1主程序及流程图6 3.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序7 3.3系统初始化7 4结论：8 5.课程设计体会：8 6．参考文献：8 7.附件8 1.功能原理描述及人员分工： 1.功能原理描述： 我们知道，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。利用超声波检测距离比较方便，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。据设计要求并综合各方面因素，本例觉得采用STC89C52单片机作为主控制器，用1602作为显示器，超声波驱动信号用单片机的定时器来完成。 原理 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一 For personal use only in study and research; not for commercial use 第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 For personal use only in study and research; not for commercial use 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目 前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，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，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。 For personal use only in study and research; not for commercial use 超声波测距系统主要应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场例如：液位、井深、管道长度等场合。因此研究超声波测距系统的原理有着很大的现实意义。对本课题的研究与设计，还能进一步提高自己的电路设计水平，深入对单片机的理解和应用。 1.2超声波测距仪的设计思路超声波测距仪硬件电路的设计
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