摘要
单片微型计算机具有结构简单、控制功能强、重量轻等优点，在机械电子、航空航天、冶金采矿以及家用电器等许多领域都得到了广泛的应用，发挥了巨大的作用。超声波指向性强，能量耗损缓慢，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。利用超声波测距迅速、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，因此得到广泛应用。
超声技术是一门各行各业都要使用的通用技术，它是通过超声波产生、传播及接收的物理过程完成的。目前，超声波技术广泛应用于各个工业部门的超声探测、超声焊接、超声检测和超声医疗方面。基于单片机的超声波测距系统易实现，成本低，精确度高，并且容易做到实时控制，具备较强的实用性，可实现0.3—10米的测量。
关键词: 超声波传感器；单片机；测距
Abstract
Compared with other kinds of product, Single-Chip Microcomputer is simple, small, light and easily controlled. It is used extensively in mechanical electron, aerospace, metallurgical mining technology, electric home appliances and such a lot of fields, so Single-Chip Microcomputer has played huge role. Orientation of ultrasonic is very good. When ultrasonic travels through air, it can go farther and energy consume slowly. For those many advantages, ultrasonic is used in distance measurement. This distance measurement is quick, nice and advanced.
Ultrasonic technology is a general technology that is used in commercial and professional fields. It is through ultrasonic production, propagate and reception. Ultrasonic technology has been extensive application in the ultrasound of every industrial department survey, welding, detection and ultrasonic medical system. It easily realized. Based on the ultrasonic system of range finding of single-chip microcomputer is low price, accuracy and easily controlled. In this measurement, ultrasonic wave can be reached 0.3-10m.
Keywords: Single chip microcomputer；Ultrasonic sensor ；Distance measurement
目录
目录 (3)
第一章绪论 (5)
1.1 超声波 (5)
1.1.1 超声波特点 (5)
1.1.2 超声波检测简介 (5)
1.2 单片机 (6)
1.2.1 单片机的基本结构 (6)
1.2.2 单片机的特点和指标 (8)
1.3 单片机的发展史 (9)
1.4 单片机的应用 (10)
1.4.1 智能化产品 (10)
1.4.2 智能化仪表 (10)
1.4.3 智能化测控系统 (10)
1.4.4 智能化接口 (10)
第二章超声波测距系统的原理及AT89C51单片机 (12)
2.1 超声波发生器及测距原理 (12)
2.1.1 超声波发生器 (12)
2.1.2 压电式超声波发生器原理 (12)
2.1.3 超声波测距原理 (12)
2.2 方案的设计 (13)
2.3 AT89C51单片机基础知识 (14)
2.4 单片机AT89C51的引脚特性 (15)
2.5 单片机内部的定时/计数器简介 (17)
2.5.1 加1 计数器 (17)
2.5.2 定时/计数器控制寄存器 (17)
2.5.3 工作方式寄存器 (18)
2.6 定时/计数器的工作方式 (19)
2.6.2 方式1 (19)
2.7 定时/计数器的初始化 (20)
2.8 51 单片机的中断系统 (21)
2.8.1 中断源 (21)
2.8.2 中断方式 (22)
2.8.3 中断控制寄存器 (22)
2.8.4 中断优先级控制 (24)
2.8.5 中断响应的条件 (24)
2.8.6 中断响应过程 (25)
第三章系统硬件电路设计 (26)
3.1 超声波测距系统电路总体设计方案 (26)
3.2 发射电路方案设计 (27)
3.3 接收电路的设计 (28)
3.4 显示模块的设计 (29)
第四章系统程序设计 (31)
4.1 编程语言 (31)
4.1.1 标准C 语言的程序结构 (31)
4.1.2 标准C 语言的特点 (32)
4.2 单片机C 语言 (32)
4.2.1 单片机C 语言和标准C 语言的比较 (32)
4.2.2 单片机C 语言的特点 (33)
4.3 主程序流程 (33)
4.4 主程序编写 (34)
4.4.1 发射与接收环节 (34)
4.4.2 距离计算环节 (36)
4.4.3 显示环节 (36)
4.4.4 主程序整合 (37)
结论 (38)
致谢 (39)
参考文献 (40)
附录 (41)
附录一系统主电路接线图 (41)
附录二实物图 (42)
附录三系统主程序 (42)
第一章绪论
1.1 超声波
超声波是频率高于20000 赫兹的声波，它具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石，杀菌消毒。在医疗，军事，工业，农业上有很多应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
声波是物体机械振动状态或者能量的传播形式，所谓振动是指物体的质点在其平衡位置附近做往返运动的状态。譬如，鼓面受到击打，他就会上下振动，这种振动通过空气媒介向四面八方传播，这便是声波。超声波的产生也是如此，由于超声波振动频率甚高，其下限为20000 赫兹，已经超过了人耳所能分辨的范围，所以将这种听不见的声波叫做超声波。超声波和可闻声波在本质上是一致的。它在传播过程中也遵循可闻声波的传播规律。
1.1.1 超声波特点
(1) 超声波在传播过程中，方向性强，能量易于集中。
(2) 超声波可在各种不同的媒介中传播，且传播距离比较远。
(3) 超声波与传波媒介之间的相互作用适中，易于携带媒介状态诊断信息，或对媒介产生指定效果。
超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介，如B 超等用作诊断，超声波同时也是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与媒介之间的相互作用，去影响，改变，以致破获后者的状态，性质，及结构，达到某些作用。
1.1.2 超声波检测简介
超声波测量在国防，航空航天，电力，石化，机械，材料等众多领域有广泛的运用，它不但可以保证产品质量，保障安全，还可以起到节约能源，降低成本的作用。超声波与光波，电磁波，射线测量相比，其最大的特点是穿透能力强，它是一种频率超过20000 赫兹的机械波。它作为一种特殊的声波同样具有一般声波的物理特性—反射，折射，干涉，衍射，散射。超声波具有方向性集中，振幅小，加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同媒质界面传播，超声波的大部分能量都会反射，利用超声波检测可以做到，迅速，方便，实时控制，并且在精度方面达到工业测量的要求。主要用于倒车雷达，施工现场以及一些工业现场，例如：液位，井深，管道长度等场合。
超声波在介质（固体，液体，气体）中传播时，利用不同介质不同声学特性对超声波传播的影响来探测物体和进行测量的技术称为超声检测。当超声波以脉冲形式在
介质中传播时，利用反射这一性质，在多种介质中均有广泛的用途，例如在金属，非金属中用来探测缺陷的位置和性质，从而对钢板，锻件，焊缝，混凝土，人造石墨等进行探伤检验，在水中，根据反射波可以探测潜水艇和鱼群，测量海底深度以及探查海底底层等，在人体中则可以协助临床诊断疾病，如肿瘤，结石等。利用超声波连续波的共振性质，可以测量高压容器，锅炉，轮船甲板等的厚度或腐蚀程度，也可制成机械滤波器。利用超声波的衰减特性，可以研究或测量材料的物理性质。当超声波射到运动物体上时，利用多普勒效应，可以测量流速，流量，探测心脏血管搏动等。若将超声波作为载波传送某些信号，则可制成水中电话，水中遥测仪等，以进行水中通行。利用超声波在固体和液体中传播的速度远低于电磁波的这一特性，可制成超声延迟线和存储装置以及进行电视制式的转换，还可以利用超声波检漏，测量液位，粘度，硬度和温度等。除此之位，声发射，声成像技术的发展更大大丰富了超声检测的内容。超声波可在任何物体中传播，了解被测物体内部情况，超声检测设备还具有结构简单，成本低廉的优点，有利于工程实际的使用。近几十年来由于微机技术，现代点击技术，信号处理技术以及超声波产生和接收新技术的发展，突破了常规超声检测的限制，进一步开阔了其使用范围。
相比于光学成像，微波，红外测距，超声波测距有着非常明显的优势，比如说，超声波不会受天气情况的影响，受周围环境的影响也较小。正是因为超声波的这些特殊的属性，使得它能够在检测方面得到广泛的运用，并被广大的社会使用者接受。1.2 单片机
微型计算机由运算器，控制器，存储器，输入\输出接口4 个基本部分和输入\输出设备等组成。如果把运算器与控制器封装在一小块芯片上，则该芯片称作微处理器。如果CPU 与大规模集成电路制成的存储器和输入\输出接口电路在印制电路板上用总线连接起来，再配以适当的输入\输出设备（如磁盘存储器，键盘和显示器等），就构成了微型计算机。如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的4个基本组成部分，则这种芯片就称为单片微型计算机（single-chip microcomputer）,简称单片机，以单片机为核心的硬件电路称为单片机系统。
1.2.1 单片机的基本结构
外部时钟振荡
器
系统时钟
ROM
CPU 定时/计数器并行I/O
串行I/O
RAM
内部总线
复位
中断
电源
图1.1 单片机内部结构图
1、中央处理器：CPU 是单片机的核心元件，由算术逻辑运算部件和控制部件构成。
2、程序存储器：它采用ROM，用来存放用户程序，可分类为EPROM, MaskROM, OTP ROM
和Flash ROM 等。
3、数据存储器：它采用RAM，用来存放程序运行时的工作变量和数据。
4、并行输入\输出端口：并行输入\输出端口通常为独立的双向I\O 口，一
般既可以用作输入方式，也可用作输出方式，通过软件编程来决定。
I\O 口是单片机的重要资源，也是衡量单片机功能的重要指标之一。
5、串行输入\输出端口：用于单片机和串行设备或者其他单片机系统之间的
通信。串行通信有同步和异步之分，可用硬件或者通用串行收\发器
件实现。
6、定时\计数器：用于单片机内部精确定时或对外部事件进行计数，有的单
片机内部有多个定时\计数器。
7、系统时钟：通常需要外接石英晶体或者其他振荡源提供时钟信号输入，也
有的使用内部RC 振荡器。系统时钟相当于PC 中的主频。
以上是单片机的基本结构，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模拟\数字转换器（ADC）、数字\模拟转换器(DAC)、温度传感器、液晶驱动电路、电压监控、
“看门狗”电路、低压检测电路等。
1.2.2 单片机的特点和指标
单片机除了具备体积小、价格低、性能强大、速度快、用途广、灵活性强、可靠性高等优点外，它与通用微型计算机相比，在硬件结构和指令方面还具有以下独特之处。
1、存储器ROM 和RAM 严格分工
ROM 用做程序存储，只存放程序、常数和表格数据；而RAM 用做数据存储器，存放临时数据和变量。这样的设计方案使单片机更适合用于实时控制（也称为现场控制或过程控制）系统。配置较大的程序存储空间，将已调试好的程序固化（即对ROM 编程，也称为烧录或者烧写），这样程序不仅掉电时不会丢失，还避免了程序被破坏，从而确保了程序的安全性。实时控制仅需容量较小的RAM，用于存放少量随机数据，这样有利于提高单片机系统的操作速度。
2、采用面向控制的指令系统
单片机的指令系统有很强的端口操作和位操作能力，在实时控制方面，尤其是在位操作方面单片机有着不俗的表现。
3、I/O 端口引脚具有分时复用功能
I/O 端口引脚通常设计有多种功能，以充分利用数量有限的芯片引脚。在应用时，究竟使用多功能引脚的哪一种功能可以由用户编程决定。
4、品种规格的系列化
属于一个产品系列、不同型号的单片机，通常具有相同的内核，相同或者兼容的指令系统。其主要的差别仅在于片内配置了一些不同种类或不同数量的功能部件和容量大小不同的ROM 和RAM，以适应不同的控制对象。
5、硬件功能具有广泛的通用性
单片机的硬件功能具有广泛的通用性。同一种单片机可以用在不同的控制系统中，只是其中所配置的软件不同而已。换言之，给单片机固化上不同的软件，便可形成用途不同的专用智能芯片。单片机的重要指标如下：
1、位数
位数是指单片机能够一次处理的数据的宽度，有一位机、四位机、八位机、十六位机、三十二位机。
2、存储器
存储器包括程序存储器和数据存储器。程序存储器空间较大，字节数一般从几KB 到几十KB 另外还有不同的类型，如ROM,EPROM,EEPROM,FlashROM 和OTP ROM。
数据存储器的字节数通常从几十字节道几百字节之间，程序存储器的编程方式也是用户选择的一个重要因素，有的是串行编程，有的是并行编程，新一代的单片机有的还具有在系统编程（ In-System-Programmable ）或在应用编程(In-Application re-Programmable）功能，有的还有专用的ISP 编程接口JTAG口。
3、I/O 端口
I/O 端口即输入/输出端口，一般有几到十几个，用户可以根据自己的需要进行选择。
4、速度
速度是指CPU 的处理速度，以每秒执行多少条指令来衡量，常用单位是MIPS，目前最快的单片机可达到100MIPS。单片机的速度通常是和系统时钟相联系的，但并不是频率高的处理速度一定快，对于同一种型号的单片机来说，采用主频高的时钟一般比频率低的速度要快。
5、工作电压
单片机的工作电压通常都是5V，范围是±5%或±10%，也有3V/3.3V 电压的产品，更低的可在1.5V 工作。现代单片机又出现了宽电压范围类型，即在2.5~6.5V内都能正常工作。
6、功耗
低功耗是现代单片机所追求的一个目标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至微安或者纳安级。有的单片机还具有等待，关断，睡眠等多种工作模式，以此来降低功耗。
7、温度
单片机根据工作温度可分为民用级工业级和军工级3 种。民用级的温度范围是0~70℃工业级是-48~85℃，军用级是-55~125℃。
1.3 单片机的发展史
在1970 年微型计算机研制成功之后，单片微型计算机就随之出现了。1976 年，Intel 公司首先推出了MCS-48 系列的单片微型计算机，它具有体积小、功能全、价格低等特点，获得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础。
单片机的发展历史大致可分为3 个阶段。
第一阶段（1976-1978 年）：这是单片机刚开始出现时的初级阶段，以Intel公司的MCS-48 系列为代表，此系列单片微型计算机具有8 位CPU、并行I/O 端口、8 为时序同步计数器，寻址范围不大于4KB，但没有串口。
第二阶段（1978-1982 年）：高性能的单片微型计算机阶段，如Intel 公司的MCS-51、Motorola 公司的6081 和zilog 公司的Z-8 等系列。该类单片微型计算机具有串口、多级中断处理系统和16 为时序同步器，RAM 和ROM 的容量增大，寻址范围可达64KB，有的芯片还有A/D转换接口。
第三阶段（1982 年至今）：8 位单片微型计算机改良型及16 及32 位单片微型计算机阶段，如Intel 公司的16 位单片机MCS-96 系列、32 位单片机RAM 系列。Intel 公司在20 世纪80 年代初发布了MCS-51 系列单片机其代表芯片包括基本型8051/8751/8031 和增强型8052/8752/8032 ，随后几年又相继推出了80C51/87C51/80C31 和80C52/87C52/80C32，这些都统称为51 些列单片机。
到目前为止，世界各地厂商研制出的大约50 个系列、300 多个各具特色的单片机产品。尽管目前单片机品种繁多，但其中最具典型性的仍当属Intel 公司的AT89C51
系列单片机和以51 技术为内核的众多派生单片机产品，目前市场上流行并占据主导地位的仍是以51 内核及其兼容单片机。这些单片机和51 单片机的指令完全兼容，资料和开发设备比较齐全，价格也比较便宜。另外，从学习的角度来看，有了51 单片机的基础后，再学习其他单片机是则非常容易，这也是从MCS-51 单片机开始学习的原因。
1.4 单片机的应用
1.4.1 智能化产品
单片机与传统的机械产品相结合，使传统的机械产品结构简单化，控制智能化，构成新一代的机电一体化产品。目前，单片机广泛用于工业自动控制（如数控机床、电视机、工业机器人、离散与连续过程的自动控制）、家用电器（如微波电视机、音响设备、游戏机）、办公设备（如传真机、复印机）、电信技术（如调制解调器、数字滤波、智能线路运行控制）等应用领域。在电传、打印机设计中，由于采用了单片机，可以节省近千个机械部件，用单片机控制空调机，使冷量无级调节的优点得到了充分的发挥，并增加了多种报警与控制功能，单片机还能实现通信系统中的临时监控、自适应控制、频率合成、信道搜索等功能，从而构成自动拨号无线电话网、自动呼叫应答设备和程控调度电话分机等。
1.4.2 智能化仪表
将单片机植入测量、控制仪表后，能促进仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化和柔性化发展，并使检测、处理、控制的功能一体化，使仪表质量大大减小，便于携带和使用，同时降低了成本，提高了性能价格比，长期以来测量仪器中的误差修正、线性化处理等难题也可以迎刃而解。单片机智能仪表的这些特点不仅使传统的仪器、仪表发生根本的变革，也促进了传统仪器、仪表行业的技术改革。
1.4.3 智能化测控系统
测控系统特点是工作环境恶劣，各种干扰复杂，而且往往要求测控实时性强、工作稳定可靠、抗干扰能力强。单片机最适合应用于工业测控领域，可以构成各种工业检测与控制系统，如温室气候控制、电镀生产线自动控制系统等。在导航控制方面，如导弹控制、鱼雷制导、智能武器装置、航天导航系统的领域中，单片机也发挥着不可替代的作用。
1.4.4 智能化接口
在通用计算机的外部设备中，如键盘、打印机、绘图仪、磁盘驱动器、UPS、图形终端和各种智能终端等，都已实现了单片机控制和管理。在计算机应用系统中，通常都采用单片机对接口设备进行控制和管理，使主机和接口设备能并行工作。这不仅大大提高了系统的运行速度，而且接口设备在单片机的控制下还可以对接口数据进行
预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等，减小了主机和接口界面的通信密度，极大地提高了接口控制的管理水平。例如，在通信接口中采用单片机可以对数据进行编码/解码、分配管理、接受/发送控制等工作。
由上所述，单片机无疑将是21 世纪最为活跃的电子应用技术之一。随着微控制技术（以软件代替硬件的高性能技术）的发展，单片机的应用必将导致传统控制技术发生巨大的变革。
第二章超声波测距系统的原理及AT89C51单片机
2.1 超声波发生器及测距原理
超声波发生器的可分几大类，本节介绍压电式发生器的原理和超声波测距的原理。
2.1.1 超声波发生器
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2.1.2 压电式超声波发生器原理
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2-1所示，它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率时，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时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就为超声波接收器了。
图2.1 超声波传感器结构
2.1.3 超声波测距原理
在超声探测电路中，在发射端得到输出脉冲为一系列方波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：
(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压(电压的幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离。
(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t。因此，被测距离为S=1/2vt。
本测量电路采用第二种方案。由于超声波也是一种声波，其声速C 与温度有关，附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。如表2-1所示：
表2-1 温度与声速变化
2.2 方案的设计
我们做的是基于单片机的超声波测距仪。用单片机控制超声波的发射、接受电路以及进行数据处理，再用液晶显示屏进行数据的显示。因为声音的速度会随着温度的变化而改变，所以，我们增加了温控装置，即通过温度传感器（18B20），把当前的温度信息传给单片机，再通过一定的算法，得到当前的声音速度。操作者可以通过几个简单的按键完成测量方式的选择（实时监测、手动测量）。
由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，在由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。超声波在空气中的传播速度为340m/s ，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：
2/CT D （2-2）
其中，D 为换能器与障碍物之间的距离，C 为波声传播速度，T 为超声波发射到返回的时间间距。原理框图如下： 温度（o C ） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（米/秒） 313 319 325
323 338 344
349 386
开始测量
超声波信号关定时器数据
运算
显示器驱动电路
接收电路
电声换能器
电声换能器图2.2 总结构框图
2.3 AT89C51单片机基础知识
AT89C51 单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器、多功能I/O 口和中断控制等基本功能部件。它的内部组成部件主要有：
(1) 一个8 位CPU；
(2) 4KB 程序存储器，采用ROM 或EPROM（8031 无ROM）；
(3) 128B 通用数据存储器；
(4) 21 个特殊功能寄存器；
(5) 4 个8 位并行口，其中P0，P2，P3 是复用口（P0 和P2 为地址\数据线，可寻址64KB ROM 和64KB RA；
(6) 一个可编程全双工串行口；
(7) 具有5 个中断源，两个优先级嵌套结构；
(8) 两个16 位定时/计数器；
(9) 一个片内振荡器与时钟电路
图2.3 单片机内部结构‘
2.4 单片机AT89C51的引脚特性
A T89C系列单片机是Atmel公司生产的一款标准型单片机。其中数字89是单片机AT89C51的特性，C表示CMOS工艺。其管脚图如图2.4所示：
图2.4 AT89C51单片机管脚图
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，
且作为输入。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
此外，P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3.0 用做RXD(串行输入口)，P3.1 用做TXD(串行输出口)，P3.2 用做/INT0(外部中断0)，P3.3 用做/INT1(外部中断1)，P3.4 用做T0(记时器0外部输入)，P3.5 用做T1(记时器1外部输入)，P3.6 用做/WR(外部数据存储器写选通)，P3.7 用做/RD(外部数据存储器读选通)，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN
信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引
脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
2.5 单片机内部的定时/计数器简介
因为本实验主要使用到单片机内部的定时/计数器，因此论文将着重介绍单片机的定时/计数器的结构，功能和使用方法。
AT89C51 单片机内有两个16 位可编程的定时/计数器，即定时/计数器0 和定时/计数器1.两个定时/计数器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等应用。T0 和T1 具有4 种工作方式，它们受特殊功能寄存器中的TMOD 和TCON 的控制。每个定时/计数器都可由软件设置为定时工作方式和计数工作方式。
定时/计数器T0 和T1 ，T0 由两个8 位特殊功能寄存器TH0 和TL0 构成16 位定时/计数器，T1 由两个8 位特殊功能寄存器TH1 和TL1构成16 位定时/计数器。
2.5.1 加1 计数器
定时/计数器T0 和T1 的核心都是16 位的加1 计数器，TH0 和TL0 构成定时/计数器T0 加1 计数器的高8 位，TH1 和TL1 构成定时/计数器T1 加1 计数器的高8 位和低8 位。加1 计数器的初值可以通过程序进行设定，设定不同的初值，就可以获得不同的计数值或定时时间。
2.5.2 定时/计数器控制寄存器
定时/计数器控制寄存器（TCON）是一个8 位寄存器，它不仅参与定时/计数控制，还参与中断请求控制，既可以对其整个字节寻址，又可以对其位寻址，字节地址为88H，位地址范围位88H~8FH。TCON 各位的地址，定义及其对应的功能如下表2-5所示。
表2-5 定时/计
数
器控制寄存器 TF0 和TF1：分别是T0 和T1 的溢出标志位。可用于申请中断或供CPU 查询。在进入中断服务程序时会自动清零；但在查询方式时必须软件清零。TF0=1 或TF1=1 是计数溢出，TF0=0 或TF1=0 是计数未满。
TR0 和TR1：分别是T0 和T1 的启/停控制位。TR0=1 或TR1=1，使T0 或T1 启动计数：TR0=0 或TR1=0，使T1 或T0 停止计数。IE0 和IE1，IT0 和IT1：用于管理外部中断。
2.5.3 工作方式寄存器
工作方式寄存器（TMOD ）用来设定定时/计数器T0 和T1 的工作方式，TMOD 只能进行字节寻址，地址为89H ，不能进行位寻址，即TMOD 的内容，只能通过字 节传送指令进行赋值，TMOD 地址及其各位的定义如下表2-7所示：
TMOD T1定时/计数器 T0定时/计数器
(89H) D7 D6 D5
D4 D3 D2 D1 D0 位定义 GATE C/T
M1 M0 GATE C/T M1
M0
表2-7 工作方式寄存器
GATE:门控信号。当GATE=0 时，TRx=1 即可启动定时/计数器工作；而当
GATE=1 时，要求同时有TRx=1 和INTx=1 才可启动定时/计数器工作。
C/T ：定时/计数器选择位。C/T=1.为计数器功能；C/T=0 为定时器功能。
M1 和M0：定时/计数器工作方式选择位。
M1M0=00 工作方式0（13 位方式）
M1M0=01 工作方式1（16 位方式）
位地址 8FH 8EH 8DH
8CH 8BH 8AH 89H 88H 位定义 TF1 TR1 TF0 TR0
IE0 IT1 IE0 IT0 功能 T1 请求 有/无 T1 工作 启/停 T0 请求 有/无
T0
工作
启/停 INT1 请求 有/无 INT1 触发方式 下沿/低电
平 INT0 请求 有/无 INTO 触发方式 下沿/低电平
M1M0=10 工作方式2（8 位自动再装入方式）
M1M0=11 工作方式3（T0 为两个8 位方式）
2.6 定时/计数器的工作方式
定时/计数器T0 和T1 可以有4 种不同的工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3。4 种工作方式由TMOD 中的M1 和M0 两位决定。下面对各种工作方式的使用方法和特点一一加以解释。
2.6.1 方式0
当TMOD 中的额M1M0=00 时，定时/计数器选定工作方式0 工作。T0 和T1 的方式0 工作模式完全一致，工作在方式0 时，定时时间为Td=(8192-x)*Tcy.如果晶振频率Fosc=12MHZ，即机器周期为1us，则定时范围为1~8192us.
2.6.2 方式1
当TMOD 中的M1M0=01 时，定时/计数器选定工作方式1 工作，方式1 和方式0 的工作模式大致相同，所不同的是方式1 的TH 和TL 两个寄存器的8 位都是有效的，TH 和TL 构成了16 位定时/计数器，定时时间和计数方式与方式0 不同。T0和T1 的方式1 工作模式完全相同，T0 和T1 工作在方式1 时的逻辑结构也相同。在方式1 工作方式下，当作为计数器使用时，计数范围是1~65536，当作为定时器使用时，定时器的定时时间为Td=(65536-Count)*Tcy, 如果晶振频率Fosc=12MHZ，则定时范围为1~65536.
2.6.3 方式2
上述的方式1 和方式0 具有共同的特点，即当加1 计数器发生溢出后，自动
处于0 状态，如果要实现循环计数或周期定时，就需要程序不断反复给加1 计数
器赋初值，这就影响了计数或定时精度，并给程序设计增添了麻烦，而方式2 具
有初值自动重新装载功能。
当TMOD 中的M1M0=10 时，定时/计数器选定工作方式2 进行工作。在该方式
下，16 位加1 计数器被分为两个8 位寄存器TL0 和TH0，其中TL0 作为加1 计数器，TH0 作为加1 计数器TL0 的初值预置寄存器，并始终保持为初值常数。当TL0 计数溢出时，系统将TF0 置位，并向CPU 申请中断，同时将TH0 的内容重新装载
入TL0，继续计数。这样省去了方式0、方式1 必须要通过软件给加1 计数器重新
赋值的麻烦，提高了计数精确度。
2.6.4 方式3
当定时/计数器TMOD 的M1M0=11 时，T0 定时/计数器在方式3 下工作，在前3 中工作方式中，T0 和T1 两个定时/计数器具有相同的功能，但在方式3 下,T0 和
T1 的功能完全不同。
(1) T0 的方式3 工作模式
T0 定时/计数器工作在方式3 时T0 被拆成两个独立的8 位加1 计数器TL0 和TH0。其中TL0 既可以计数使用，又可以定时使用，构成了1 个8 位的定时/计数器（TL0）。T0 的控制位和引脚信号全归TL0 使用，其功能和操作与方式1 或方式0 完全相同，而且工作时的逻辑结构也及其相似。与TL0 相反，对于T0 的另一半TH0，只能作为1 个8 位定时器使用。而且由于T0 的控制位已被TL0 独占，因此只好借用T1 的控制位TR1 和TF11 以计数溢出去置位TF1，还占用T1 的中断源。而定时的启动和停止则受TR1 的状态控制。由于TL0 既能做定时器使用，也可以做计数器使用，而TH0 只能做定时器使用，因此在工作方式3 下，定时/计数器T0 可构成两个独立的定时器或1 个定时器，1 个计数器。
（2） T0 工作在方式3 时T1 的工作模式
如果定时/计数器T0 已工作在方式3 下，则定时/计数器T1 只能工作在方式0、方式1 或者方式2 下。此时由于T1 的运行控制位TR1 及计数溢出标志位TF1 已被
定时/计数器T0 借用而没有计数溢出标志位可共使用，因此只能把计数溢出直接
送给串行口，作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通行的速率。
当作为波特率发生器使用时，只需要设置好工作方式，便可自动运行。如果停止
工作，只需要送入一个把T1 设置为方式3 的方式控制字就可以了。因为定时/计
数器T1 不能在方式3 下使用，如果硬要把它设置为方式3，则停止工作。
2.7 定时/计数器的初始化
因为AT89C51 单片机的定时/计数器既能定时又能计数，且有4 中工作方式，
所以在使用定时/计数器前必须对其进行初始化，即设置其工作方式。初始化一般
应进行如下工作：
(1) 设置工作方式，即设置TMOD 中的各位：GATE,C/T 和M1M0；
(2) 计算加1 计数器的计数初值Count，并将计数初值Count 送入TH 和TL
中；
(3) 启动定时/计数器工作，即将TRx 置1；
(4) 若采用中断方式，则应设置T0，T1 及CPU 开中断。
定时/计数器初始化流程图如下：
基于单片机的超声波测距电子烧友会基于51单片机的超声波测距仪 之倒车雷达作品设计毕业论文 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，他广泛应用于防盗、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STC公司的STC89C52的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不足并加以改进，将温度引起的误差考虑在内并且加以修正，给出了以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、液晶显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单并且做到了可设计报警范围的功能,在测量精度方面能达到工业使用的要求。 关键词：单片机；液晶显示；报警；测距 I
Ultrasonic distance measurement based on single chip Abstract:Ultrasound has a strong point, the energy consumption of the slow spread of the advantages of distance, so the use of sensor technology and automatic control technology, the program combines distance, ultrasonic distance measurement is the most common one, and he widely used in security, parking sensor, water level measurement, construction sites and some industrial sites. This subject introduces the principles and characteristics of ultrasonic sensors, and microcontroller STC89C52 STC's performance and characteristics, and the analysis of the ultrasonic distance measurement based on the principle that the lack of design ranging system and make improvements, will into account the error due to temperature and should be amended to STC89C52 given low-cost microcontroller as the core, high-accuracy, liquid crystal display ultrasonic ranging system of hardware and software design methods. The system circuit design is reasonable, stable, good performance, fast detection of simple calculation and can be designed to achieve the alarm range of functions to achieve precision in the measurement requirements for industrial use. Keywords:microcontroller; LCD display; alarm; ranging
超声无损检测仪器的发展 超声检测仪器性能直接影响超声检测的可靠性，其发展与电子技术等相关学科的发展是息息相关的。计算机的介入，一方面提高了设备的抗干扰能力，另一方面利用计算机的运算功能，实现了对缺陷信号的定量、自动读数、自动识别、自动补偿和报警。20世纪80年代，新一代的超声检测仪器——数字化、智能化超声仪问世，标志着超声检测仪器进入一个新时代。 超声无损检测仪器将向数字化、智能化、图像化、小型化和多功能化发展。在第十三、十四世界无损检测会议仪器展览会、1996年中国国际质量控制技术与测试仪器展览会、1997年日本无损检测展览会等大型国际会议会展中，数字化、智能化、图像化超声仪最引人注目，显示了当今世界无损检测仪器的发展趋势。其中以德国Krauthammer公司、美国Panametrics公司、丹麦Force Institutes公司与美国PAC公司的产品最具代表性。真正的智能化超声仪应该是全面、客观地反映实际情况，而且可以运用频谱分析，自适应专家网络对数据进行分析，提高可靠性。提高超声检测中对缺陷的定位、定量和定性的可靠性也是超声检测仪器实现数字化、智能化急待解决的关键技术问题。 现代的扫查装置也在向智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果准确性、可靠性都依赖于扫查装置。例如采用声藕合监视或藕合不良反馈控制方式提高探头与工件表面的耦合稳定度以及检测的可靠性。从20世纪90年代以来，出现的各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代及工程检测机器人的系列与商业市场。例如日本东京煤气公司的蜘蛛型机器人，移动速度约60m/h ，重约140kg，采用16个超声探头可以对运行状态下的球罐上任意点坐标位置进行扫描。日本NKK公司研制的机器人借助管道内液体推力前进，可以测量输油管道腐蚀状况，其检测精度小于1mm。 丹麦Force研究所的爬壁机器人，重约10吨，采用磁吸附与预置磁条跟踪方式可检测各类大型储罐与船体的缺陷。 超声无损检测技术的发展 超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术, 体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检测以及设备服役的各个阶段和保证机器零件的可靠性和安全性上。世界各国出版的无损检测书
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
第一章绪论 1.1课题设计目的及意义 1.1.1设计的目的 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。 1.1.2设计的意义 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 1.2.1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。
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：浅谈建筑结构检测技术 学习中心： 层次： 专业： 年级： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：
内容摘要 结构检测是指实体结构现状的检测，检测得出的数据和结论是对抗震鉴定结果的重要支撑。建筑结构的检验测试通常为事后的检验与测试，这与建设工程施工阶段的送样和质量检查有明显的区别，因而其工作难度大，技术含量高。为此，本文针对各种常见建筑结构的检测技术进行了简要的分析与探讨，分别介绍了混凝土结构，砌体结构，钢结构的检测技术，并对相关检测技术进行了详细的评述。随着检测技术的发展，结构检测内容趋于系统和深入，结构检测方法日益先进和丰富。 关键词：建筑结构；检测技术；结构性能
目录 内容摘要 (1) 引言 (3) 1 绪论 (4) 1.1 建筑结构检测技术的提出 (4) 1.2 常见建筑结构的种类及相应检测内容 (4) 2 砌体结构检测技术 (7) 2.1 砌体结构检测技术的主要内容及特点 (7) 2.1.1 砌体强度检测 (7) 2.1.2 砂浆强度检测 (7) 2.2 砌体结构检测技术实施现状分析 (8) 3 钢结构检测技术 (10) 3.1 钢结构无损检测技术的主要内容及特点 (10) 3.1.1 磁粉检测技术 (10) 3.1.2 射线检测技术 (10) 3.1.3 超声波检测技术 (11) 3.1.4 渗透检测技术 (11) 3.1.5 涡流检测技术 (11) 3.2 钢结构检测技术实施现状分析 (12) 4 混凝土结构检测技术 (13) 4.1 混凝土结构检测技术的主要内容及特点 (13) 4.1.1 强度检测 (13) 4.1.2 钢筋配置情况检测 (14) 4.1.3 混凝土耐久性检测 (14) 4.1.4 钢筋锈蚀情况检测 (15) 4.1.5 混凝土碳化深度的检测 (16) 4.2 混凝土检测技术实施现状分析 (16) 5 结论与建议 (18) 参考文献 (19)
一款串口输出超声波测距模块使用范例 一、模块简介： 该串口输出超声波测距模块采用STC11F04E单片机作处理器,工作电源：DC5V，工作电流10mA。测量数据输出方式为TTL串口输出，数据格式为标准的ASCII码，数据由：空格位(起始位)+百+十位+个位。工作方式有两种：一是连续测量方式；二是查询测量方式。
测量范围：方式一：5cm～200cm(盲区5cm)；方式二：25cm～350cm(盲区25cm)。 测量过程中，当接收不到障碍物反射的回波时，输出“C C C”，当测量低于下限值（在盲区内）时显示“- - -”。测量结果由模块上的输出端口输出，输出方式为串口（TTL电平）输出。测量结果可通过电脑进行显示。模块使用串口通讯可靠性更高，
同时可以通过电脑串口采集数据，编写通讯程序非常的 便捷。 波特率：1200 校验位：无 数据位：8 停止位：无 ASCII码数据格式：空格位(起始位)+百+十位+个位。 二、模块的使用设置 下图为模块的背面图片。图中标有A、B、C短接焊 盘是作为设置测量方式用；标有0-7的短路焊盘是设置 查询方式下的模块地址用。
方式1：设置为小盲区期测量。设置方法，标号为B 的焊盘即单片机的P3.5 脚与地断开,这时的测量范围为:5-200；这种方式下，测量盲区值小，适合长时间近距离测量用。 方式2: 设置为远距离测量，这种方式，盲区值相对较大，测量相对较远一些，设置方法：将标号为B的焊盘即单片机的P3.5 脚与地短接,这时的测量范围
为:25-350厘米。 方式3：连续方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地断开，这时模块测量方式是连续的进行 测量，测量间隔为1-2次/秒，每测量一次，就将测量结果通过串口送出。 方式4：查询方式测量。将标号为A的焊盘即单片机的P3.4 脚与地短接，这时的测量方式为查询方式测量，即通过控制设备向模块发出一个命令后，模块才测量一次。查询方式下，每向测距模块发送一次查询命令，模 块才进行测量一次，完成测量后即将测量结果通过串口 发送出来。设置成查询方式，模块可多块模块连接在一 起组网测量。 查询命令格式：AT+CL=1-255（1-255为模的的地址 编码，每个模块的地址编码由模块上单片机P1口与地短接的情况决定，各块模块的编码可独立，由使用者自己 设定，设定范围1-255，只在查询方式下有效），数据格式为16进制数据。 三、模块使用 为减小本超声波测距模块外形尺寸，该超声波测距 元件采用双面安装，全部元件安装在一块长6cm宽2.5cm 的PCB上。模块可用作应用系统的测距模块。因为它是 串口TTL电平输出的。可应用在倒车雷达、机器人避障、
收稿日期:2006-12-13 作者简介:彭翠云(1979-),女,湖北省荆门市人,硕士生,研究方向为汽车倒车辅助系统。 文章编号: 1004-2474(2008)02-0251-04汽车倒车系统中超声波测距模块的设计 彭翠云1,赵广耀2,戎海龙3 (1.安徽工程科技学院机械学院,安徽芜湖,241000;2.东北大学机械工程与自动化学院, 辽宁沈阳110004;3.东南大学自动化学院,江苏南京,210096) 摘 要:介绍了以Cy gnal 8051F 330单片机为控制器,用于汽车倒车的超声波测距模块的硬件电路和软件设 计方案,在抗干扰设计等方面该模块采用了软硬件综合处理措施,实现了较高的测距精度和较宽的测距范围。在满足倒车系统要求的基础上,体现了简单、经济、实效、实用的特点,文章给出了该模块的实际调试效果和误差分析结果。 关键词:超声波测距;带通滤波;单片机中图分类号:T P212 文献标识码:A The Design of Ultrasonic Distance -Measuring S ystem Used on Car -backing System PENG Cui -yun 1 ,ZHAO Guang -yao 2 ,R ONG Hai -long 3 (1.Dept .of M echanical Engineering ,An hui University of Technology and S cien ce ,Wu hu Anhui 241000,China ; 2.C ollege of M echanical E ngineering an d Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ; 3.College of Automation ,S ou theastern University ,Nanjing 210096,China ) A bstract :A n per so nally desig ned ultr aso nic distance -measuring sy stem is intro duced and its hardw are circuits and softw are design me tho ds are giv en in this pape r ,which ba ses o n Cyg na l 8051F330sing le chip ,a nd is applied to ca rbacking sy stem .In the sy stem ,some impr ovement on bo th ha rdw are a nd softw are is adapted ,w hich makes the sy stem has better precisio n and wider measuring range .M o reove r ,besides its capability o f satisfy the requirement raised by car -backing sy stem ,the system ha s other characters such as briefness ,economy ,actual effect ,practicality e tc ..T he practical debugg ing results and err or a nalyzing results a re given at the end of this paper . Key words :ultrasonic distance -measuring ;bandpass -filtr ation ;sing le chip 超声波测距是利用超声波指向性强、能量消耗缓慢并因而在特定介质中传输距离远的特点,通过发射具有特征频率的超声波实现对被摄目标距离的探测[1]。本文主要探讨倒车系统的超声波测距模块的设计与实现。超声测距模块作为汽车外部环境传感器,其用途是向决策系统实时提供汽车与障碍物的间距,以利于汽车蔽障。为克服以往超声波测距模块因采用超声波专用集成电路而造成的电路固定,应用不灵活,抗干扰和抗噪声能力差等不足,本超声波测距模块以Cy gnal 8051F330单片机为核心,并侧重发送模块和回波接收预处理模块的开发与实验研究,获得了较高的测距精度和较宽的测距范围,能满足倒车系统要求。该模块选用器件较廉价且易获取,体现出简单、经济、实效、实用的特点。 1 硬件设计 为使超声测距模块和决策系统之间的接口线最少,本设计采用模拟口方式而不采用串口、SM Bus 等方式。该方式即决策系统从超声波测距模块获得的距离信息为一模拟电压,该模拟电压正比于被测 距离。 为实现控制系统的简单化,本超声测距模块的中央处理器采用Cyg nal 8051F330单片机[2],该单片机较其他单片机(如F060等)外设规模小,仅有17个I /O 口,虽然功能上显得不够强劲,但其指令执行速度并未降低,加上其20引脚的精简封装,已广泛应用于所需功能较为简单的小规模控制电路中。对于倒车超声波测距系统可谓是合适的选择。 图1为超声测距模块的原理。单片机每隔一定时间间隔向超声波换能器发送一串频率为40kHz (超声波换能器的谐振频率)的激励脉冲,使超声波换能器向需要探测的方向发射出超声波,同时开始定时,一旦接收到返回的超声波信号即停止定时,获得超声波往返时间,由超声波脉冲在空气中传输的速度,便可计算出超声波换能器与目标物体间距离。 第30卷第2期压 电 与 声 光 Vo l .30No .22008年4月 PI EZO EL ECT ECT RICS &ACO U ST OO P T ICS Apr .2008
摘要 随着社会的发展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。还有在很多要求实时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，一种新的测距方法诞生了——非接触测距。超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，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，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。 目前对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。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。 随着计算机技术、自动化技术和工业机器人的不断发展和广泛应用，测距问题显得越来越重要。目前常用的测距方式主要有雷达测距、红外测距、激光测距和超声测距4种。与其他测距方法相比较，超声测距具有下面的优点：（1）超声波对色彩和光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)。 （2）超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。 （3）超声波传感器结构简单、体积小、费用低、技术难度小、信息处理简单
可靠、易于小型化和集成化。因此，超声波作为一种测距识别手段，已越来越引起人们的重视。 关键词：超声波；测距；电子电路
Abstract With the development of society, the traditional ranging method on many occasions has failed to meet the demands of the people, for example in the well depth, liquid level, pipe length and so on, the traditional ranging method can't finish the task of measurement. And in many requirements under the condition of the real-time location, the traditional method is also difficult to perform a complete measurement range of tasks. These unique advantages of ultrasonic more and more attention by people. At present the demand for ultrasonic accurate location is more and more big, such as oil terminal and the liquid surface water tank precise measurement and control, the object of the stomata size in testing and mechanical internal damage detection, etc. transportation and other industrial areas also have widely application. In addition, in material science, medicine, biological sciences and also accounted for a important position in. Along with the computer technology, automation technology and the development of industrial robots and the widespread application, location problem is becoming more and more important Compared with other ranging method, ultrasonic ranging has the following advantages: (1) to light and color ultrasonic not sensitive, can be used to identify transparent and diffuse sexual difference of objects (such as glass, polishing body). (2) ultrasonic outside light and the electromagnetic fields to not sensitive, and
分类号：TB553 单位代码：10110 学号：S2******* 中北大学 硕士学位论文 超声波检测钢轨伤损及定位研究 硕士研究生李文超 指导教师苏新彦副教授 学科专业信号与信息处理 2013年 4月 10 日
图书分类号 TB553 密级非密UDC注 1 硕士学位论文 超声波检测钢轨伤损及定位研究 李文超 指导教师（姓名、职称）苏新彦副教授 申请学位级别工学硕士 专业名称信号与信息处理 论文提交日期 2013 年 4 月 10 日 论文答辩日期 2013 年 5 月 30 日 学位授予日期年月日 论文评阅人李铁鹰张丕状 答辩委员会主席张文梅 2012年 6 月 7 日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类
原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。 签名：日期： 导师签名：日期：
超声波检测钢轨伤损及定位研究 摘要 在我国的交通运输系统中，铁路运输一直占据着重要的地位，钢轨在长期运行过程中难免出现各种损伤，严重威胁着列车的安全，在检测钢轨伤损中，超声探伤技术是应用最为广泛的方法之一。随着超声波检测诊断技术和检测方法迅速的发展，超声探伤技术在铁路领域得到重要的应用。 本文在分析超声波的特征值、介质的声参量及超声波在介质中的特性基础上，利用超声波脉冲反射法基本理论，设计了超声波检测钢轨伤损及定位系统。该系统以高性能单片机为控制核心、采用五通道高速采集卡进行数据采集，搭建了无损检测硬件系统平台。 本系统经过选取合适的探头，设计了单片机为核心的控制模块及超声波发射电路和超声波接收电路；用高速采集卡实现了对信号的五通道高速采集。以VC6.0++为编程工具，Matlab为分析工具，完成了整套系统软件编程及调试的工作。最后利用小波变换将采集的回波信号进行降噪处理，能够对伤波信号增强和提取，实现了对钢轨伤损判定和定位。 通过大量的实验表明：本文设计的超声波探伤系统对钢轨伤损判定和定位取得了理想的效果。在论文的最后做了总结，并且对超声波检测钢轨伤损的进一步的研究提出建议。 关键词：无损检测；超声检测；数据采集；小波变换
文献综述 题目超声波测距技术综述学生姓名 专业班级 学号 院（系）电气信息工程学院指导教师 完成时间2014 年06月01日
超声波测距技术综述 摘要 我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，同时它是一种非接触式的检测方式，不受光线、被测对象颜色等影响，因此经常被用于距离的测量。超声测距技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。因此，深入研究超声波测距的理论和方法具有重要的实践意义。 关键词超声波超声波测距车辆导航物位测量
1 引言 1.1 超声波简介 一般认为，关于超声的研究最初起始于1876年F1Galton的气哨实验。当时Galton 在空气中产生的频率达300K Hz,这是人类首次有效产生的高频声。而科学技术的发展往往与一些偶然的历史事件相联系。对超声的研究起到极大推动作用的是,1912年豪华客轮Titanic号在首航中碰撞冰山后的沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家们提出用声学方法来预测冰山，在随后的第一次世界大战中，对超声的研究得以进一步的促进。 近些年来，随着超声技术研究的不断深入，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声的应用变得越来越普及。目前已经广泛的应用在机械制造、电子冶金、航海、航空、宇航、石油化工、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。 而我国，关于超声波的大规模研究始于1956年。迄今，在超声的各个领域都开展了研究和应用，其中有少数项目已接近或达到了国际水平。 1.2 超声波测距简介 超声测距指的是利用超声波的反射特性进行距离测量，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。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。超声波测距仪，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和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。 超声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、
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
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
摘要 本毕业设计的课题是板材焊缝超声波探伤测试。主要任务是在掌握过程设备制造流程和焊接缺陷及其产生原因的基础上，研究超声波探伤技术在钢制压力容器对接焊接接头探伤检测中的应用，并给出焊缝返修的具体方案。本文详述了国外超声检测技术的发展和现状，并在简述过程设备制造、焊接及无损探伤的基础上详细介绍了超声波探伤技术及其在焊缝无损探伤中的应用及评定等级和注意事项。针对给定的板材焊缝，通过实验检测该焊缝的缺陷，本文详细介绍了试块选用，设备调试，现场探伤中的常见问题及解决方法。同时给出了现场探伤、缺陷定位和长度测量的具体方法，并通过GB11345-89标准对试验中检测到的缺陷进行了等级评定并得出了检测工艺卡。 关键词：焊缝；超声波探伤。
Abstract The task of the graduation design is the plate weld ultrasonic testing. The main task is to master the process equipment manufacturing and welding defects and its causes, study of ultrasonic flaw detection technology in steel pressure vessel butt welded joint flaw detection, and gives the concrete plan of the weld repairing. This paper describes the domestic and foreign development and present situation of ultrasonic detection technology, and in the process equipment manufacturing, welding and nondestructive testing based on detailed introduces the ultrasonic detection technology and its application in weld NDE and rating and matters needing attention. For a given plate welding, the weld defects detection by experiment, this paper introduces the test block selection, equipment commissioning, on-site inspection of the common problems and solutions. At the same time provides on-site testing, defect location and length measurement methods, and through the GB11345-89 standard to test the detected defects were rating and the detection process card. Key words: Weld; ultrasonic testing
最近做超声波测距，就是简单的测量引脚高电平的时间。 思路是这样的 1.使用8MHZ时钟，不分频 初始化Timerx_Init(235,1);//8Mhz的计数频率，计数到235为1cm距离 2. PA0高电平时，打开定时器，测量时间 while(PAin(0)) { TIM3->CR1|=0x01; //使能定时器3 } TIM3->CR1|=0x00; //关闭定时器3 S=temp/2 //测量距离为总路程一半 temp=0；//计数值清零 3.计数到235时，产生中断，进入中断函数。执行temp++操作 void TIM3_IRQHandler(void) { if(TIM3->SR&0X0001)//溢出中断 { temp++; } TIM3->SR&=~(1<<0);//清除中断标志位 } 4.得出距离值S 初学定时器，这样测距思路对吗 实际测试后，S值一直为0，为什么
超声波测距模块说明 1．模块引脚 从左到右（见图）模块引脚分别为：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND 2．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：高电平VCC-0.2V 低<0.2V 4：感应角度：不大于15 度 5：探测距离：0.02m-5m 6：探测精度：3mm(既然探测精度精确到毫米，就是说数据可以显示到毫米级，也就是四位数了！) 板上接线方式：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND。OUT 脚为防盗模块时的开关量输出脚，测距模块不用此脚！ 3．使用方法： （1）采用IO 触发测距，给TRIG 至少10us 的高电平信号（实际上25us 最佳);此处通过IO口给一个高电平就行了。（2）模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； （3）有信号通过ECHO 返回，ECHO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间．此处用定时