基于单片机的超声波测距仪的设计

基于51单片机超声波测距器设计

来源:数控机床网　作者:数控车床　栏目:行业动态　

摘要超声波测距器，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。要求测量范围在0.10-5.00m，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。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。

关键词 单片机AT82S51超声波传感器测量距离

一、设计要求 

设计一个超声波测距器，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。要求测量范围在0.10-3.00m，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。 

二、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（timeofflight）。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331.45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。 

西南科技大学

毕业设计（论文）

题目名称：基于51单片机的超声波测距模块设计

年 级：2003级 ■本科 □专科

学生学号：20035095

学生姓名：时余春 指导教师：何宏森 胡天链

学生单位：信息工程学院 技术职称：讲师

学生专业：生物医学工程 教师单位：信息工程学院

西 南 科 技 大 学 教 务 处 制

基于51单片机的超声波测距模块设计

摘要：本文介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声波测距模块。该模块以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。论文概述了超声检测的发展及基本原理，介绍超声波传感器的原理及特性。对于测距系统的一些主要参数进行了讨论。并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。进一步介绍了单片机AT89C51在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。最后利用测距系统进行验证。实验表明，各主要波形及技术指标均达到设计要求。该系统对室内有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善。

关键词：51单片机；超声波；测距

Design of Ultrasonic Distance Measurement

Based on AT89C51 MCU

Abstract: The thesis introduces a kind of single-pulse-refection ultrasonic

distance meter system module in detail based on Microcontroller. The system

could measure certain distance with the reflected wave on condition in which

超声波测距仪的设计

一、设计目的

本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用STC51单片机进行控制和数据处理，设计出能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。同时了解单片机各脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口的相关原理，并稳固学习单片机的相关内容知识。

二、设计要求

1.设计一个超声波测距仪，能够用四段数码管准确显示所测距离

2.精度小于1CM，测量距离大于200CM

三、设计器材

元器件 数量

STC51单片机 1个

超声波测距模块URF-04 1个

电阻〔1K 200 4.7K〕 3 个

晶振〔12MHz〕 1 个

共阳极四位数码管 1 个

极性电容〔33pF〕 2 个

非极性电容〔22uF〕 1 个

四、超声波测距系统原理

331.45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到达毫米级。

超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15℃时〕。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，那么有340m×0.03S=10.2m。由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：

图1 测距原理

超声波测距器的系统框图如下列图所示：

图2 系统框图

五、设计方案及分析〔包含设计电路图〕

4.1 硬件电路设计

4.1.1 单片机最小系统控制模块设计与比拟

方案二：采用STC51单片机控制。STC51单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB的系统可编程Flash 存储器。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路，能够满足题目设计的所有要求，而且我们对STC51单片机也比拟熟悉，因此我们选择方案二。最小系统电路图如图3所示

基于AT89S51单片机的超声波测距系统

完成日期：2011年4月1日

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AT89S51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AT89S51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。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、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。

关键词：超声波 单片机 测距 AT89S51

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。