基于单片机的超声波测距系统的设计

西南科技大学

毕业设计（论文）

题目名称：超声波测距模块的设计

年 级： ■本科 □专科

学生学号：

学生姓名： 指导教师：

学生单位： 技术职称：

学生专业： 教师单位：信息工程学院

西 南 科 技 大 学 教 务 处 制

超声波测距模块的设计

摘要：超声波测距应用十分广泛。论文在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。本文设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于AT89C51 单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理, 以超声波传感器为接口部件, 应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。设计利用51单片机系统的I/O口，使超声波传感器发出40KHz的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。

关键词：超声波；超声波传感器；AT89C51单片机；LCD显示单元；测距仪

Design of Ultrasonic Distance measurement

Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility

and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This

article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip

.

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毕业设计（论文）

题 目：基于单片机的超声波测距仪

.

. 摘 要

在空气介质中超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，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，如测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。

本设计介绍了基于单片机控制的超声测距的原理：由STC89C52控制定时器产生一定频率脉冲，计算从发射到接收回波时间，从而得到实测距离，数据处理采用，显示距离，语音播报。

关键词：超声波，距离测量，语音播报，单片机.

. ABSTRACT

In the air medium, ultrasonic range finder sensor because of its good

performance, low price, convenient use, in the field of robot positioning

system, automatic vehicle navigation, vehicle safety driving assist system, city

traffic management and management of expressway monitoring system, as

well as river, well and warehouse and material level detection used in.

Because the ultrasonic wave propagation is not susceptible to interference,

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