基于51单片机的超声波测距仪

自动化技术综合实训报告实训题目：院专班姓学指导教师：实训地点：开课时间：序号 评价内容 分数 序号 评价内容分数1 出勤（10 分）3 实训任务完成情况（50 分） 2 课题难度分值（10 分）4实训总结报告（30 分）实训总成绩： 94 分学生姓名：魏*星实训评分指导教师评语：指导教师（签名）：年月目录第 1章绪论1.1实训的目和要求1.2实训课题设计功能描述………………………………………………………1.3应解决的问题………………………………………………………………第 2章整体设计方案2.1设计原理2.2整体系统设计………………………………………………………………第 3章硬件电路设计3.1电路原理图3.2元件清单……………………………………………………………………3.3重要电路介绍3.3.1复位与晶振电路……………………………………………………3.3.2超声波发射电路……………………………………………………3.3.3超声波接收检测电路………………………………………………3.3.4显示电路第 4章软件设计4.1系统软件设计4.2程序流程图4.3程序设计与调试第 5章制板焊接调试5.1仿真结果与 PCB图5.2焊制电路板、实物运行调试5.3误差分析与校正讨论总结与体会谢词参考文献附录第1章绪论1.1实训的目的和要求生产实训是自动化专业本科生在校期间必须进行的主要实践环节之一，是培养学生工程实践能力、提高学生工程素质的一个重要组成部分。

作为一名工科学生，将来从事自动化及相关工作，为了让我们能尽早的认识社会实践，了解工业生产，提高自己的动手意识，强化个人素质，增强理论联系实际的观念，学校给我们安排了为期两周的专业实训，让我们学到的理论知识和实践联系到一起，为我们以后的走向社会打下一个坚实的基础。

这次实训的主要目的是让大家进一步了解 AT89 系列单片机的引脚、功能，晶振电路、显示电路和信号输入输出电路的设计，熟悉使用 keil 软件和用汇编语言编程完成各种处理和控制，同时学习使用软件对电路进行设计，对项目进行仿真、调试，以及 PCB 板的制作等，最主要的是了解一个小型项目的研发过程，从项目的提出到项目实现需要怎样一步步来完成，项目完成事应该大概掌握以上要求。

个性化实验基于51单片机超声波测距器设计摘要传统的测距方法存在不可克服的缺陷。

例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极由于长期浸泡于水中或其他液体中，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。

本设计以STC89C52单片机为核心控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的往返时间，从而得到实测距离。

并且在数据处理中采用了温度补偿对声速进行调整，用1602液晶显示速度和测量距离。

整个硬件电路有超声波电路、电源电路、显示电路等组成。

个探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器的功能。

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测距功能。

此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点，即过系统扩展和升级，可以有效的解决汽车倒车，建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。

关键词：STC89C52；超声波；温度补偿；测距目录绪论 (4)设计目的和意义 (4)设计任务和要求 (4)系统方案设计 (5)设计原理 (5)设计框图 (5)主要元器件介绍 (6)STC89C52 (6)LCD1602液晶显示器 (7)HC-SR04超声波模块 (8)DS18B20温度传感器 (10)系统硬件结构设计 (11)单片机电路 (11)LCD显示电路 (11)温度补偿电路 (12)电源电路 (12)系统软件设计 (13)主程序流程 (13)测距流程图 (14)测试 (15)测试结果 (15)误差分析 (15)总结 (16)附录 (17)整体电路图 (17)PCB布线图 (18)实物图........................................................................................................错误!未定义书签。

一设计要求（1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控；（2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm；（3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

二超声波测距系统电路总体设计方案本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。

汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD 上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。

超声波测距器的系统框图如下图所示：图5 系统设计总框图由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。

一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。

发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。

单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。

由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0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。

图6 时序图三超声波发射和接收电路的设计分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。

而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。

3．1 超声波发射电路超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。

在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：图7 由反相器构成的超声波发射电路图7是由反相器74HC04构成的发射电路，用反相器74HC04构成的电路简单，调试容易，易通过软件控制。

基于51单片机超声波测距仪基于51单片机的超声波测距仪设计摘要利用超声波进行测距有许多优点比如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的影响，而且超声波传感器的价位较低、结构也较为简单，超声波以声速传播，方便收发与计算。

在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、特别是测量距离等许多方面都已有了非常普遍的应用。

本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在分析和了解了超声波的一些优点和特性后，又查看了利用超声波测距的基本原理。

最后决定使用51单片机系统和超声波传感器共同组成。

设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括电源及复位模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、超声波接收模块、LED数码显示模块和扩展报警模块。

软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使得系统具有模块化的特点。

系统容易进行控制，具有可靠地的性能，具有较高的测量精度，最重要的是能对距离进行实时测量。

关键词：单片机，测距仪，超声波，实时测量Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCMABSTRACTUsing ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light intensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other aspects have been very common application.The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided.. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expansion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the characteristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance.KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement目录摘要 (I)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的主要意义 (1)第2章系统电路设计 (3)2.1 系统结构设计 (3)2.2 电路总体设计方案 (3)2.2.1 发射与接收电路设计方案 (3)2.2.2 显示电路设计方案 (5)2.2.3 报警电路设计方案 (6)2.2.4 系统复位电路设计 (6)第3章系统硬件设计 (8)3.1 单片机概述 (8)3.1.1 STC89C51主要性能 (8)3.1.2 STC89C51外部结构及特性 (8)3.1.3 STC89C51内部组成 (11)3.2 超声波测距模块 (12)3.2.1 超声波传感器介绍 (12)3.2.2HC-SR04超声波测距芯片的性能特点 (12)3.2.3 超声波时序图 (15)3.3 驱动显示电路及报警电路 (15)3.3.1LED数码管显示电路 (16)3.3.2 蜂鸣器报警电路 (17)3.4HC-RS04超声波测距原理 (17)3.5 按键设置电路 (18)第4章系统软件设计 (21)4.1 系统主程序 (21)4.2 显示距离子程序 (22)4.3 报警子程序 (22)4.4 按键子程序 (23)第5章系统仿真 (25)5.1 系统仿真环境——Proteus (25)5.2 仿真 (25)5.3 误差及特性分析 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 研究背景超声波测距法是通过超声波测量从已知位置到被测物体表面的距离的利用超声波的方法。

基于51单片机的超声波测距仪设计摘要：本方案以stc89c52为核心，通过编程（C语言）来实现该单片机对外围电路的适时控制，并提供给外围电路各种所需的信号和接收超声波反射回来的微小信号，包括频率振荡信号，时钟信号，数据处理信号和显示信号等等。

其核心功能是对距离的检测并实时的进行距离的显示，在检测距离方面通过发射端与接收端的时间差来计算，理论上所测距离与其时间差成线性关系，所以可以通过线性回归统计方法求出实际距离与所求距离的关系。

该电路简化了一些外围电路，任能做到较为精确的测量工作，由于是采用程控操作，所以其移植性和可扩展性还是较好。

在设计时分，分模块进行设计来实现各部分功能，简化了在设计过程中的调试难度。

关键词：超声波测距、单片机控制、液晶显示、距离报警、线性回归Abstract：This program stc89c52 programming (C language) to achieve the timely control of the single-chip peripheral circuits, and made available to the peripheral circuits of the desired signal and receiving the ultrasonic reflected the small signal, including frequency oscillation signal, the clock signal, data signal processing and display signals, and so on. The its core function is to to the detection of pairs the distance and real-time of the carried out the distance the display of goes as follows. In the to calculate the, in the the detection distance aspects of through the launch of the-side with the the time of the the receiving end is poor, in theory, the measured distance with its time difference into a linear the relationship between,, so can through the the linear regression statistical methods calculate the actual distance of the seek distance relationship. The circuit simplifies the peripheral circuit, any more accurate measurements can be done, because it is programmed operation, its portability and scalability better. Hours of the design, the sub-module design to achieve the function of each, and simplifies the debugging difficulty in the design process.1Keywords:Ultrasonic Ranging, MCU control, LCD, alarm of distance ,linear regression目录1前言 (4)1.1 课题的研究背景和意义 (4)1.2 课题的国内外研究现状 (4)2 总体方案设计 (5)2.1超声波测距的原理 (5)2.2超声波传感器的工作原理及结构图 (5)3单元模块设计 (6)3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (6)3.2 AT89S52型单片机介绍 (7)3.3各单元模块的联接 (9)4 软件设计 (16)4.1软件设计分析 (16)4.2软件设计思路 (16)4.2.1主程序 (16)4.2.2 超声波测距子程序 (17)4.2.3 超声波延时子程序 (18)5系统调试 (19)5.1硬件调试 (19)5.2硬软件联调 (20)5.3测试结果分析 (21)5.3.1测试波形 (21)5.3.2测试中仪器仪表 (22)5.3.3 数据分析 (22)5.4超声波测距误差分析 (23)5.4.1温度误差 (23)5.4.2串扰问题 (23)6 结论 (24)6.1总结与体会 (24)6.2 对设计的进一步完善提出意见或建议 (24)附录一、相关设计程序 (27)附录二、设计图和ＰＣＢ (36)附录三、实物图 (37)231前言1.1 课题的研究背景和意义超声波是指频率高于20KHz的声波，属于机械波的范畴，遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等，正是因为有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量，随着经济的发展，科技水平的不断提高，电子测量技术应用越来越广泛，超声波测量精度高，成本低，性能稳定则备受青睐，超声波测距技术被广泛的应用于人们生活和工作中。

摘要由于现代生产要求，人们发现需要实现无接触式的生产测距，而超声波测距是一种性能良好的测距方式，主要应用于倒车雷达、工地以及一些工业现场，本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化LED显示超声波测距仪，并使用一些常用芯片如：74LS04等。

系统由单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路以及显示电路构成。

由芯片AT89S51控制计算超声波从发射到接收的传送时间，从而得到待测距离。

本系统具有易检测、软件功能完善，工作可靠、准确度高等优点。

本文论述了单片机技术研制成功的超声波测距仪的基本原理，测量计算方法，实现方案。

采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。

实际使用表明，极大的提高了安全性、可靠性和准确度。

关键词：测距仪; 超声波;传感器; 单片机AbstractBecause of modern production requirements, it was discovered that the need to achieve the production of non-contact distance measurement, and ultrasonic distance measurement is a good performance of the ranging approach is mainly used in reversing radar sites as well as some industrial field, this paper designed a to AT89S51 MCU as the core of the low-cost, high-precision, micro-LED display of ultrasonic range finder, and use some commonly used devices such as: 74LS04, etc.. System consists of microcontroller, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver amplifier circuit and display circuit. Chip AT89S51 control calculation by the ultrasonic transmission from transmit to receive time and hence the distance to be under test. The system has easy to detect, the software fully functional, reliable, high accuracy advantages.This paper discusses the successful development of microcomputer technology, the basic principles of ultrasonic range finder, measurement method of calculating implementations. Use of software calibration, improved accuracy and machine reliability. The actual use of that greatly improves safety, reliability and accuracy.Keywords: distance meter; ultrasonic ;sensor;microcontroller目录摘要....................................................................................................................................................................... １Abstract............................................................................................................................................................... ２第1章概述.. (1)1.1设计的现状 (1)1.2设计的思路 (1)1.3设计的重点与难点 (1)第2章超声波测距的原理 (2)2.1超声波的介绍 (2)2.1.1什么是超声波 (2)2.1.2超声波的特性及特点 (2)2.1.3超声波的应用 (2)2.2超声波测距器的原理 (3)2.2.1超声波发生器 (3)2.2.2压电式超声波发生器的原理 (3)2.2.3超声波测距的原理 (3)第3章系统设计 (6)3.1系统设计 (6)3.2芯片AT89S51介绍 (6)3.2.1AT89S51单片机的概述 (6)3.3传感器的选取 (8)3.3.1传感器的定义及作用 (8)3.3.2传感器的特性 (9)3.3.3传感器的选用 (9)3.4系统硬件电路设计 (10)3.5测距显示电路的设计 (11)3.6超声波发射电路的设计 (12)3.7超声波接收电路的设计 (13)3.8探测电路的设计 (13)3.9系统软件设计 (14)第4章系统调试 (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)总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录1 硬件电路 (23)附录2 程序 (24)第1章概述1.1设计的现状目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便，而本设计研究的测距器成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义，在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车。

基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计超声波测距系统是一种常见的非接触式测距技术，通过发送超声波信号并测量信号的回波时间来计算距离。

本文将介绍基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计。

首先，我们需要明确设计的目标。

本设计旨在通过51单片机实现一个精确、稳定的超声波测距系统。

具体而言，我们需要实现以下功能：1.发送超声波信号：通过51单片机的IO口控制超声波发射器，发送一定频率和波形的超声波信号。

2.接收回波信号：通过51单片机的IO口连接超声波接收器，接收并放大返回的超声波信号。

3.信号处理：根据回波信号的时间延迟计算出距离，并在显示器上显示出来。

4.稳定性和精确性：设计系统时需考虑测量过程中误差的影响，并通过合适的算法和校准方法提高系统的稳定性和精确性。

接下来，我们需要选择合适的硬件和软件配合51单片机实现上述功能。

硬件方面：1.51单片机：选择一款性能稳定、易于编程的51单片机，如STC89C522.超声波模块：选择一款合适的超声波传感器模块，常见的有HC-SR04、JSN-SR04T等。

模块一般包括发射器和接收器，具有较好的测距性能。

3.显示设备：选择合适的显示设备，如7段LED数码管或LCD显示屏，用于显示测距结果。

软件方面：1.C语言编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波测距系统的各项功能。

2.串口通信：通过串口与上位机进行通信，可以对系统进行监控和远程控制。

3.算法设计：选择合适的算法计算超声波回波时间延迟，并根据时间延迟计算距离值。

在设计过程中，我们需要进行以下步骤：1.硬件连接：按照超声波模块的说明书，将模块的发射器和接收器通过杜邦线与51单片机的IO口连接。

2.软件编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波模块的控制、信号接收和处理、距离计算等功能。

3.系统测试：进行系统的功能测试和性能测试，验证系统的可靠性和准确性，同时调试系统中出现的问题。

4.系统优化：根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的稳定性和精确性。

江苏经贸职业技术学院毕业设计（论文）单片机的超声波测距仪设计基于题目：MCS51) 信息技术学院系 (院12应用电子专业班级1227031128 号学学生姓名万小伟董李江职校内导师称老师职夏国平企业导师称工程师职企业导师潘仕美称研究生5年2015月日12基于MCS51单片机的超声波测距仪设计摘要：伴随着社会的发展，人们的生活质量不断地提高，各个的城市不断地在发展，当然城市的排水系统得到了很大的发展和改进，由于很多的原因和很多的因素，每个城市的排水系统，现在的城市的发展和建设往往忽略一些重要的项目那就是排水系统。

所以好多的城市经常出现开挖已经建设好的建筑和工程设施来改进排水系统因此他们忽视到这个问题的严重性。

因此，我的论文设计是采用以AT89C51单片机为核心的高精度、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它还有一个重要的指标那就是低成本一种的设计方法。

通过一系列的实验反馈，这个软件设计的非常的合理、低成本、实时性良好，经过开发和研究，因此在许多的方面得到很多的发展和有效的解决一些重要的问题比如在汽车的倒车，建筑的工地上，还有一些重要的工业现场的重要的位置等等。

关键词：超声波测距仪AT89C51The design of ultrasonic range finder based onMCS51Abstract:With the development of science and technology, the improvement of people'sstandard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainagesystem have greatly developed their situation is constantly improving. control system Freesewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to thecore.At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that theultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and theultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware andsoftware by the end of each module.Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52目录第一章绪论 ................................................ - 1 -1．1课题设计的目的和意义 (1)1.2超声波测距仪设计思路 (1)1.2.1超声波测距原理及方案论证 (1)1.2.2超声波测距仪原理框图 (2)第二章课程的方案设计 ...................................... - 3 -2.1系统整体方案的设计 (3)第三章 51系列单片机的功能特点及测距原理 ................... - 3 -3.1基于51系列单片机的功能特点 (3)3.2单片机实现测距原理 (4)3.3超声波测距原理和结构 (5)3.4超声波检测发射电路 (5)3.5超声波检测接受电路 (5)第四章系统的软硬件的调试和程序图 .......................... - 6 -总结 ..................................................... - 10 -致谢 ..................................................... - 10 -参考文献 .................................................. - 11 -第一章绪论1．1课题设计的目的和意义论文设计目的；随着社会的不断地发展，电子测量技术得到了长远的展，超声波的精准测量得到了科技人员的重视和研究。