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范围及测量精度，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
④电平输出：低0V
⑤感应角度：不大于15度
⑥探测距离：2cm-300cm HC-SR04超声波测距模块实物图
⑦高精度：可达2mm
2. 接线方式：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、GND
使用方法：给Trig端发一个15uS以上的高电平，就可以在接收口Echo 端等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间,方可算出距离。
3.工作原理：
①采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号 (在我们的程序中我们为了确保有效触发，给了约持续15us时间宽度的高电平)；
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有信号返回，通过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．测试距离=(高电平时间*声速(344M/S))/2；
（三）总体设计方案：
以51单片机作为主控制器，在超声波模块HC-SR04的‘Trig’端加一个大于10us的高电平，本次设计中我们为了确保有效触发，程序中设置了约为15us的高电平进行触发。触发发射端产生超声波，同时在接收端(‘Echo’端)等待高电平的输出，一旦检测到有高电平的输出就打开定时器0进行计时。根据所给超声波模块的技术资料可知：‘Echo’端高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。当超声波遇到障碍物，回波被接收端接收到后，‘Echo’端变为低电平。此时关闭定时器0(令TR=0)，读出定时器的值。这个值即为超声波的传播时间(单位为us)。根据声波在空气中的传播速度，方可算出距离。【测试距离≈(高电平时间*声速(344M/S))/2】将此距离进行处理，在数码管上利用动态扫描法实时显示。
系统的结构框图：
我们将整个系统划分为：超声波模块、显示模块，以及51单片机外围工作电路模块。
（四）动态显示模块：
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
在本次设计中，我们选用P0口作为‘段码’，连接SM410561D3B ‘a,b,c,d,e,f,g,dp’，每一段的亮灭。选用P2.4~P2.7分别对应‘位码’，即连
接SM410561的‘S1，S2，S3，S4’分别控制每一位的亮灭。‘S1，S2，S3，S4’相当于是每一段的COM端，由于是共阳极，只有某一位对应的COM 端为‘1’时，所送的‘段码’对该端来说才是有效的。
仿真电路图
（五）硬件整体设计方案：
我们在硬件设计上主要包括以下几个模块的设计：
（六）软件设计方案：
程序如下：
uint time=0; //探测时间
unsigned long S=0; //探测距离，注意是长整型
//uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
//0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40}; //共阳数码管
uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf}; sbit echo=P3^7; //接收端
sbit trig=P3^6; //发射端
sbit SMG_q = P2^4; //定义数码管阳级控制脚（千位）sbit SMG_b = P2^5; //定义数码管阳级控制脚（百位）sbit SMG_s = P2^6; //定义数码管阳级控制脚（十位）sbit SMG_g = P2^7; //定义数码管阳级控制脚（个位）uchar flag,a; //标志位
/*函数名称：init()
**输入参数：void
**输出参数：void
**函数功能：初始化超声波测距仪，定时器，中断
*/
void init()
{
echo=0;
trig=0;
flag=1;
qian=10;bai=10;shi=10;ge=10; //数码管显示- - - -
TMOD=0x01; //设T0为方式1
TH0=0;
TL0=0;
ET0=1; //允许T0中断
TR0=0;
EA=1; //开启总中断
}
/*函数名称：delay()
**输入参数：unsigned char cnt
**输出参数：void
**函数功能：延时函数
*/
void delay(unsigned char cnt) //大约延时2*cnt 微妙
{
while(--cnt);
}
/*函数名称：display()
**输入参数：uchar qian, uchar bai, uchar shi, uchar ge
**输出参数：void
**函数功能：数码管显示模块
*/
void display(uchar qian,uchar bai,uchar shi,uchar ge)
{
SMG_q=1; //选择千位数码管
P0=table[qian]; //查找"1"定义好的数码管段值与P0口输出，显示相应的1
delay(100); //加入短暂延时
P0=0XFF; //清除数码管显示，因是共阳型，所以不是0
SMG_q=0; //关闭千位数码管
SMG_b=1; //选择百位数码管
P0=table[bai]; //查找"2"定义好的数码管段值与P0口输出，显示相应的2
delay(100); //加入短暂延时
P0=0XFF; //清除数码管显示，因是共阳型，所以不是0
SMG_b=0; //关闭百位数码管
SMG_s=1; //选择十位数码管
P0=table[shi]&0x7f; //查找"2"定义好的数码管段值与P0口输出，显示相应的2
delay(100); //加入短暂延时
P0=0XFF; //清除数码管显示，因是共阳型，所以不是0
SMG_s=0; //关闭十位数码管
SMG_g=1; //选择个位数码管
P0=table[ge]; //查找"2"定义好的数码管段值与P0口输出，显示相应的2
delay(100); //加入短暂延时
P0=0XFF; //清除数码管显示，因是共阳型，所以不是0
SMG_g=0; //关闭个位数码管
}
/*函数名称：startmodule()
**输入参数：void
**输出参数：void
**函数功能：超声波测距仪触发模块
*/
void startmodule()
{
trig=1; //15us 启动一次模块
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
trig=0;
delay(10);
}
/*函数名称：main()
**输入参数：void
**输出参数：void
**函数功能：控制模块
*/
void main()
{
init(); //初始化子程序
while(1)
{
startmodule();
while(!echo) //起始为0，当为1时，开始计时
;
TR0=1; //开启计数
while(echo&&flag); //当echo为1计数并等待
//flag标志位，当检测超过65ms退出等待回波，继续下一次检测
time=(TH0*256+TL0)*(12/11.0592);
五、设计中遇到的问题及解决办法：
（1）在课程设计初期，我们组在一个现成的电路板（只有编码和位选与我们所要设计的作品的接法不同）上进行编写和调试程序。于此同时，也开始在prteus中搭建电路：我们选用P0口作为‘段码’，连接SM410561D3B ‘a,b,c,d,e,f,g,dp’，每一段的亮灭。选用P2.4~P2.7分别对应‘位码’，即连接SM410561的‘S1，S2，S3，S4’分别控制每一位的亮灭。在程序初步
完成，用proteus和keil进行仿真后，数码管却不能正常显示，千位只能在0和1之中跳变，无法出现其他数字。经检查程序，发现计数初值的设置有问题，于是，经过反复调试，终于能使数码管在我们的设计范围内显示数字。
（2）在进行动态显示的时候延时是非常重要的。延时太长，四位数码管的显示会有明显的闪烁感；延时太短，则有可能相邻几位显示同一个数码，因为时间太短还来不及变化，显示效果也很不理想。经过我们仿真调试，不断修改程序中的延时，在仿真环境下，动态显示已很稳定。
（3）在电路板焊接完成后，我们将编写好的程序下载到单片机中，开始进行测试。这时，问题又出现了：数码管的每位的C段都不亮，而且个，十，百，千位的数据显示刚好相反。前者先考虑是电路板上出现的问题，经用万用表检查电路，发现与C段相连的P0.2被短接。修改好电路板后,C段正常显示，因宋英同学的认真细致，实际电路板上也就只出现了这一个问题。
而后者经分析，发现程序中的定义未能和电路板上的接口相对应，于是我们又修改了个，十，百，千位的定义。至此，我们的作品设计成功了，整个过程很顺利。
六、设计心得体会和收获：
在这次试验中，我的主要工作是：搭建电路板。焊接电路。兼职工作是帮王明友分析电路。有些同学认为焊接电路是没有技巧的工作，没有什么含金量，锻炼不出自己的真实能力。而我却不这么认为，在这项工作中，我还是学到了很多东西，我坚信这些知识是在课本当中学不到的，比如说；
每个器件位置的合理安排，经过板子的每一条线的布置，让板子整体看起来比较美观，呈献给大家的是一个赏心悦目的板子。硬件的完美是我们的终极目标，我们始终要坚信的是：软件和硬件是相辅相成的。软件的简洁，硬件的完美是成功的必需品。这次课程设计我深深的体会了这点。在整个板子的焊接过程中，每个结点的焊接必须做到谨慎小心，一不小心就会出现短路现象，在焊接过程当中，时刻准备用万用表来检测电路。在这次的焊接过程当中，我每焊接一个结点，都会用万用表去检测。做到精益求精。
防止在板子焊好之后，再检测，就会有些无从下手。给自己更少的机会去检查。而是更多的机会去做到完美。在这次课程设计中，我学会了：谨慎，仔细，小心。我坚信，这些知识会让我受益匪浅。
在这次课程设计当中，我也有很多做的不好的地方。那天板子还没有喊好的时候，惠林看到我们的板子的时候说：’你的板子裸露在外面的线实在是太不安全了。特别容易短路，;我说：“不会的，这些线是压不下去的，”，他的一句话让我恍然大悟，“客户有时候是不会善待你的劳动成果的，我们的服务对象是客户，而不是我们自己。我们得把目光放的长远一点”，自己在这方面的考虑还是欠缺的。希望以后通过更多的机会，得到锻炼、提高。
在这次课程设计中，我主要负责硬件仿真和写报告的工作。刚开始，我们整个组都不知如何下手。在查找完资料的第二天，在组长王明友的带领下，他自告奋勇的承担了程序编写和软件调试工作，也给各组员分配了工作。通过参考资料，我大致懂得了超声波测距原理，但是对于数码管如何实现显示功能还是一头雾水。于是，在数码管显示这一模块进行了大量的资料查找，结合单片机各管脚功能，终于了解到充分使用单片机的I/O 接口与数码管动态显示接口相连接，通过程序即能实现数码管的数据显示。懂得了基本原理，电路搭建起来就很轻易了。然而，我对软件部分还不是很了解，整个程序基本上是请教王明友慢慢读懂的。由于硬件仿真这块，如果不能仿真出来就需要修改程序，所以读懂程序还是非常有必要的。但是，编写程序目前对于我来说还有一定的困难，我也会在今后坚持不断的学习。硬件仿真完成后，为了很好的完成报告，一直都在不断向王明友同学学习他是如何调试，以及如何解决问题的。
经过本次的课程设计，我觉得我最大的收获是深入了解到了51（或52）单片机的各管脚功能，真正将理论和实践结合起来，以及更加明确计数方式，机器周期，晶振频率（或周期）的有关知识。延时程序的编写和中断的内容也更加深入细致。还有就是，我明白了任何事情都不难，只要我们积极思考，而不是被动的接受知识；遇到问题不用怕，主动请教，过关斩将，那么什么问题都不再是问题，而变成自己的知识储备。队友的认真、
耐心和热心使我们每个环节的完成都比较顺利，良好的合作以及明确的分工使我们高效率的完成了本次课程设计。
短短两周的课程设计转眼间就结束了，在这个过程中我收获了很多，不仅感受到了充实，而且体会到学以致用的欣喜。在我们的学习中，很多课程都只是在不断重复着理论的叠加，然而随着时间的推移，沉淀下来的也微乎其微。真正能够让我们学以致用的很少。而单片机这两周的课程设计却能让人欣喜，特别是当我们付出努力并获得一定的成果时，那些许的成就感让我们燃起了希望。学以致用，这是我们作为学生内心深处的呼唤。刚开始课程设计的前两天，我收集了很多有关我们课程设计的资料，仔细阅读了并深入体会了此次设计的思想，之后便开始了我们自己的设计。经过两天的努力，我们自己的设计图纸也出来了，软件和硬件仿真也都正常。星期五宋英同学便开始了焊接，与此同时，我利用一块同学闲置的单片机开发板开发我们的程序，因为显示电路基本一致，只是把超声波测距模块用杜邦线连接即可，经过不断调试，程序很快就编写完毕。第二周，板子焊接完毕，上电下载程序，没有反应，心里一阵失落，开始调试，找不出原因。第二天，在老师的指点下，进过测电压发现有个管脚焊接有问题，修正后数码管有了显示，但是显示的不对，再调试发现编码有问题，反复测试了几次，最终成功了，我们内心都很高兴。课程设计的这两周，让我对单片机有了新的认识，有了新的理解，佩服其功能强大的同时，感慨自己需要学习的还有很多，感受从无到有，从失败到成功的欣喜。这次课程设计的记忆将在我以后的学习和生活中影响深远，激励我继续努力学习，学以致用。
都说付出就有收获，经过2个星期的努力，我和合伙人带着好奇和兴奋顺利的做完了所有步骤和程序。说真的，这两个星期我学到了好多好多，同时眼界也宽了好多好多。
还有我想说的是，通过指导老师的指导，加上自己能够亲手操作能够加强对超声波及超声波测距的了解和单片机学习和传感器学习的熟练程度，同时也能熟悉PROTEL DXP2004软件和KIL4软件的使用。更能了解对
PCB板制作工艺和流程以及那些设备的操作，及我们所学课程的理解。更有利的是能加强我们专业素养和专业技能，为我们以后能更好的就业，打下很好的基础，提高我们动手能力和综合素质能力。
此次试验花费的心神较多，首先是设计电路，然后是单片机代码，开始焊电路，用了4天时间进行焊接和调整后，发现发射和接收部分还是不能用，万不得已用到别的模块，在少了N次代码后终于成功了。
总之“一分耕耘，一分收获”。通过我们亲手的操作，我们确实学到了许多东西。我同时希望学校能更多的给与我们实训做项目和课题的机会。
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。
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
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。
毕业设计 毕业设计题目：超声波测距仪的设计 学生姓名： 学号： 系别： 专业班级： 指导教师姓名及职称： 起止时间：
摘要 现代的社会已经进入了飞速发展的阶段，人们在各个领域对测距仪的应用，有越来越广泛的需求。针对愈发广泛的应用需求，设计一种经济实用﹑准确度高﹑响应灵敏的测距仪很有必要，而本文设计的超声波测距仪恰好满足以上要求。 由于超声波具有指向性强和传送距离远等优点，人们很容易利用超声波制成测距仪。为了实现测距功能，本设计以AT89S51芯片为核心，再结合4位一体共阴LED数码管、超声波传感器模块和12.0M晶振等器件。系统里包括了单片机系统，LED显示电路，复位电路以及超声波发射接收电路。 关键词超声波测距仪 AT89S51芯片
Abstract Modern society, has entered a stage of rapid development. Application of range finder in many fields , has a growing demand. In order to meet the increasing demands , it is necessary to design an economical range finder, which has a high accuracy and a sensitive response. The ultrasonic range finder designed in this thesis just satisfies the above requirements. Because of good directivity and long transmission of ultrasonic, it is easy to fabricate an range finder by ultrasonic. In order to achieve the function of measuring distance , ultrasonic range finder is designed with AT89S51 chip as the core. It also contains four in one common cathode LED digital tube, ultrasonic sensor module, and 12.0M crystal . The ultrasonic range finder is made up ofa single-chip system, LED display circuit, reset circuit, and an ultrasonic transmitting and receiving circuits. Key words：Ultrasonic Range finder AT89S51 chip
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
1 绪论----------------------------------------------- 2 1.1 课题背景、目的和意义 ------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.2 课题主要内容 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 系统概述------------------------------------------- 3 2.1 超声波测距仪的原理 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2.2 两种常用的超声波测距方法 ------------------------------------------------------------------------------------- 3 2.3 超声波的介绍 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 2.4 超声波传感器 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.5 本章小结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 3 系统设计------------------------------------------ 10 3.1 系统组成 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.2 超声波测距仪硬件设计 ------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.3 超声波测距仪软件设计 ------------------------------------------------------------------------------------------ 13 3.4 本章小结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 16 4 系统调试------------------------------------------ 17 4.1 软硬件的调试 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 17 4.2 仪器精度分析及如何提高超声测距精度---------------------------------------------------------------------- 17结论-------------------------------------------------- 20致谢-------------------------------------------------- 21参考文献 ------------------------------------------ 22附录 A ------------------------------------------------ 23附录B ---------------------------------------------- 24
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
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
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
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
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
《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)