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基于单片机的超声波测距系统的设计与实现

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毕业设计（论文）

题 目 基于单片机的超声波测距系统

的设计与实现

系 （院）

专 业

班 级

学生姓名

学 号

指导教师

职 称

二〇一五年六月 日

独 创 声 明

本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:

二〇 年 月 日

毕业设计（论文）使用授权声明

本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。

本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。

（保密论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

二〇 年 月 日

I 基于单片机的超声波测距系统的设计与实现

摘 要

超声波是一种机械波，其振动频率超过20KHz。人耳无法捕捉到它，超出了人的听力极限。具有聚束、定向及反射、透射等机械特性。这些机械特性正是超声波被利用作为测量距离的重要方法的原因之一。而超声波具有简单快捷，精确度高和耐用都特点是另一大原因。

本次设计对单片机、超声波和超声波测距原理进行了详细介绍。更是用STC89C51单片机、HC-SR04超声波模块、DS18B20温度传感器和LCD液晶显示屏通过软件编程的方式设计出了一个简单易操作、经济实用和精度高简易超声波测距仪。通过误差分析进行了温度补偿，并且做到了可调节测量量程，实现报警等功能。

关键词：单片机；液晶显示；报警；测距

滨州学院本科毕业设计（论文）

II Design and implementation of ultrasonic distance

measurement system based on MCU

Abstract

Ultrasonic refers to the vibration frequency is greater than 20kHz is equal

to the sum of the acoustic wave, the vibration frequency is beyond the range

of the human ear hearing, so known as ultrasound. Ultrasonic is mechanical

wave. Have the mechanical properties of the polymer, such as the spotlight,

orientation, reflection and transmission. These mechanical properties is one

of the reasons to be used as an important method of ultrasonic distance

measurement. Ultrasound is simple and efficient, high precision and durable

character is ticsis nother big reason.

This design gives a detailed introduction to the microcontroller,ultrasonic

and ultrasonic ranging principle. It is with MCU STC89C51, hc-sr04

ultrasonic module, DS18B20 temperature sensor and LCD display through

software programming to design out a simple and easy operation, economy

and practicality and accuracy high simple ultrasonic range finder. Through

the error analysis of temperature compensation, and to achieve the adjustable

measurement range, realize the alarm function.

Key words： SCM; LCD; alarm; ranging

滨州学院本科毕业设计（论文）

i 目 录

第一章 绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 研究的背景和意义 .................................................................................................. 1

1.2 国内外研究现状 ...................................................................................................... 1

1.3 课题研究内容和意义 .............................................................................................. 2

第二章 超声波测距的原理 ............................................................................................... 5

2.1 超声波介绍 .............................................................................................................. 5

2.2 超声波传感器的介绍 ........................................................................................... 5

2.2.1 传感器的选择 ................................................................................................... 6

2.2.2 超声波测距的原理 ........................................................................................... 7

2.2.3 温度补偿 ........................................................................................................... 8

2.2.4 测量盲区 ........................................................................................................... 9

2.3 本章小结 .................................................................................................................. 9

第三章 系统硬件设计 ..................................................................................................... 10

3.1 系统硬件设计 ........................................................................................................ 10

3.2 单片机概述 .............................................................................................................11

3.2.1 STC89C51主要性能特点 .............................................................................11

3.2.2 STC89C51结构组成 .................................................................................... 12

3.2.3 STC89C51内部组成 .................................................................................... 14

3.3 超声波发射电路设计 ............................................................................................ 15

3.3.1 发射电路设计方案 ......................................................................................... 15

3.3.2 超声波发射器的注意事项 ............................................................................. 16

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基于单片机的超声波测距系统的设计

基于单片机的超声波测距系统的设计

基于单片机的超声波测距系统的设计

超声波测距系统是一种常见的测距技术，它利用超声波的特性来测量物体与传感器之间的距离。基于单片机的超声波测距系统是一种常见的应用，它可以广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。

基于单片机的超声波测距系统主要由超声波传感器、单片机、LCD显示屏和电源等组成。超声波传感器是测距系统的核心部件，它可以发射超声波信号并接收反射回来的信号。单片机是控制系统的核心部件，它可以对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。LCD显示屏可以显示测量结果，方便用户进行观察和操作。

在设计基于单片机的超声波测距系统时，需要注意以下几点：

1.选择合适的超声波传感器。传感器的频率和探测距离是选择传感器时需要考虑的重要因素。

2.选择合适的单片机。单片机的处理速度和存储容量是选择单片机时需要考虑的重要因素。

3.编写合适的程序。程序需要能够对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。同时，程序还需要能够将测量结果显示在LCD显示屏上。

4.进行系统测试。在完成系统设计后，需要进行系统测试，确保系统能够正常工作，并且测量结果准确可靠。

基于单片机的超声波测距系统具有测量精度高、响应速度快、体积小等优点，可以广泛应用于各种领域。在未来，随着技术的不断发展，基于单片机的超声波测距系统将会得到更广泛的应用。

基于单片机控制的超声波测距系统的设计

基于单片机控制的超声波测距系统的设计

基于单片机控制的超声波测距系统的设计

一、概述。

超声波测距技术是一种广泛应用的测距技术，它能够非常精确地测量物体到传感器的距离。本文介绍的基于单片机控制的超声波测距系统主要由控制模块、信号处理模块和驱动模块三部分组成。其中，控制模块主要实现超声波信号的发射与接收，信号处理模块主要实现对测量结果的处理和计算，驱动模块主要实现对LED灯的控制。

二、硬件设计。

1.超声波发射模块：采用 SR04 超声波发射传感器，并通过单片机的

PWM 输出控制 SR04 的 trig 引脚实现超声波信号的发射。

2.超声波接收模块：采用SR04超声波接收传感器，通过单片机的外部中断实现对超声波信号的接收。

3.控制模块：采用STM32F103单片机，通过PWM输出控制超声波发射信号，并通过外部中断接收超声波接收信号。

4.信号处理模块：采用MAX232接口芯片，将单片机的串口输出转换成RS232信号，通过串口与上位机进行通信实现测量结果的处理和计算。

5.驱动模块：采用LED灯，通过单片机的GPIO输出控制LED灯的亮灭。

三、软件设计。

1.控制模块：编写程序实现超声波信号的发射与接收。其中，超声波发射信号的周期为 10us，超声波接收信号的周期为 25ms。超声波接收信号的处理过程如下： （1）当 trig 引脚置高时，等待 10us。

（2）当 trig 引脚置低时，等待 echo 引脚为高电平，即等待超声波信号的回波。

（3）当 echo 引脚为高电平时，开始计时，直到 echo 引脚为低电平时，停止计时。

（4）根据计时结果计算物体到传感器的距离，将结果通过串口输出。

2.信号处理模块：编写程序实现接收计算结果，并将结果通过串口与上位机进行通信。具体步骤如下：

（1）等待串口接收数据。

（2）当接收到数据时，将数据转换成浮点数格式。

（3）根据测量结果控制LED灯的亮灭。

以上就是基于单片机控制的超声波测距系统的设计。该系统能够通过精确测量物体到传感器的距离并对测量结果进行处理和计算，能够广泛应用于各种实际场合。

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计

0 引言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。1

系统设计超声波测距的最远距离和分辨能力，不仅需要良好的换能器，也需要合理的驱动电路及回波探测电路。对发射而言，为了使电能到机械能的转换效益最大，换能器必须工作在它的共振频率处。对接收电路而言，为了使机械能到电能的转换效率最大，最佳工作点必须取在反共振频率处，在传感器系统中，发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。同时，温度对声速有着较大的影响，温度补偿无疑是减少误差的很好方法。本设计选用T40-16T／R超声波传感器，设计了一种以AT89C2051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。为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上增加了温度传感器测温电路，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，降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成，组成框图。

超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。单片机在TO时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。2．1 超声波测距单片机控制系统单片机AT89C2051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P3．5端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3．6端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3位共阳LED数码管，段码输出端口为单片机的P1口，位码输出端口分别为单片机的P3．2、P3．1、P3．0口，数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。而温度测量采用简单的DS18B20温度传感器，测量结果送入P3．4口，利用公式算出声速。

用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路(附源程序)

用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路(附源程序)

基于51单片机的超声波测距仪说明书

引言

超声波测距仪，可应用于汽车倒车、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。利用超声波指向性强，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。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。

一、性能要求

该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，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、工作原理及方案论证

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。用超声波传感器产生超声波和接收超声波，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.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。

根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52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，超声波测距仪的系统框图如下图所示：

图1 超声波测距仪系统设计框图

三、系统硬件部分

硬件部分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。

1.单片机系统及显示电路

单片机采用AT89C52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P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口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。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三极管驱动。