简易超声波测距仪的设计
基于单片机的超声波测距仪的设计
基于单片机的超声波测距仪的设计超声波测距仪是一种常见的测量距离的仪器，它使用超声波的反射原理来测量被测物体与测距仪之间的距离。
基于单片机的超声波测距仪可以实现更精确、更灵活的测距功能。
本文将详细介绍基于单片机的超声波测距仪的设计。
首先，我们需要选择合适的硬件平台。
单片机作为核心芯片，可以选择AT89C51或者STM32等。
超声波传感器可以选择HC-SR04或者JSN-SR04T等。
此外，我们还需要一块LCD显示屏用于显示测距结果，以及一些电路连接线等。
接下来，我们需要设计电路部分。
首先，将超声波传感器的VCC引脚连接到单片机的5V引脚，将GND引脚连接到单片机的GND引脚。
然后，将超声波传感器的Trig引脚连接到单片机的一些IO口，将Echo引脚连接到单片机的另一个IO口。
最后，将LCD的引脚连接到单片机的相应IO 口，至此电路部分完成。
接下来，我们需要编写相应的软件程序。
首先，我们需要初始化单片机的IO口，将Trig引脚设置为输出模式，Echo引脚设置为输入模式。
然后，我们需要设置中断，以便能够检测到Echo引脚电平的变化。
当超声波传感器发出一次超声波后，Echo引脚将会有一次脉冲输出，该脉冲的宽度与被测物体与测距仪之间的距离成正比。
我们可以通过测量脉冲的宽度来计算出距离。
在进行测距之前，我们需要先发出一段超声波。
通过设置Trig引脚为高电平，持续10us，然后将其设为低电平，即可发出一段超声波。
接下来，我们需要在中断服务函数中记录下Echo引脚电平变化的时间，即可以得到Echo引脚电平变化的时间间隔。
根据声速的传播速度，我们可以将时间间隔转换为距离。
最后，我们将测量到的距离结果显示在LCD屏幕上。
通过调用LCD驱动程序中的相应函数，我们可以将距离结果以字符串的形式显示在LCD屏幕上。
综上所述，基于单片机的超声波测距仪的设计包括硬件电路的设计和软件程序的编写。
硬件电路主要包括超声波传感器、单片机、LCD显示屏等的连接，软件程序则主要包括初始化IO口、设置中断、发出超声波、测量脉冲宽度、计算距离和显示结果等的功能。
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。
本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。
2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。
具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。
一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。
发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。
脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。
接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。
超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。
距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。
超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。
4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。
以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。
一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。
此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。
脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。
常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。
信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。
超声测距设计与制作
达到超声波测距器设计要求。 制作工艺符合要求，有相应的工艺文件。
谢谢！
超声波测距 原理
利用超声波在空气中的传播速度为已知，测 量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间， 根据发射和接收的时间差计算出发射点到障 碍物的实际距离。 测距的公式表示为：L=C×T
式中L为测量的距离长度； C为超声波在空气中的传播速度； T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时 间数值的一半)
超声波测距 框图
超声波测距硬件电路
稳压电路：将交流电变压、整流、滤波，用集成稳 压块LM7812、LM7912、LM7805输出＋5V、＋ 12V、－12V供单片机、运算放大器、555芯片等电路 使用。 加减键功能： 超声波发射电路：运用555振荡产生振荡信号，经 过非门控制40KHz脉冲波形，通过超声波发射器发射 出去。 超声波接受电路：运用超声波传感器接收反射回来 的信号，通过LM358比较、放大后，将信号输入单片 机。 LED显示：将接收到的超声波信号，输入单片机， 程序处理，计算出反射物的距离，并用数码管显示距 离设置。
超声波测距 软件流程
超声波测距 调试
测试结果：
LED显示距离：30cm，实际距离35cm； LED显示距离：60cm，实际距离38cm； LED显示距离：90cm，实际距离99cm； LED显示距离：120cm，实际距离129cm；
测试结果表明：超声波测距器可以工作，测试结果有误差， 但在允许范围。
超声波测距仪课程设计
超声波测距仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解超声波的基本概念，掌握超声波在空气中的传播速度及计算方法。
2. 学生能描述超声波测距仪的原理，了解其组成部分及工作过程。
3. 学生能运用数学知识，根据超声波的反射时间计算出距离。
技能目标：1. 学生能够使用超声波测距仪进行实验操作，并正确读取数据。
2. 学生能够通过小组合作，进行简单的超声波测距仪组装和调试。
3. 学生能够运用所学的知识，设计并实施简单的距离测量实验。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理现象的好奇心，提高对科学技术的兴趣。
2. 学生通过动手实践，培养解决问题的能力和创新精神。
3. 学生能够认识到超声波测距技术在现实生活中的应用，提高学习的社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为物理学科实验课，适用于八年级学生。
学生在前期已经学习了声音的传播、速度计算等基础知识。
课程以实验操作为主，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。
教学要求以学生为主体，教师为主导，引导学生主动探究，发挥学生的主观能动性。
二、教学内容1. 理论知识：- 声波基本概念复习：声波传播、速度计算。
- 超声波特性：频率、波长、传播速度。
- 超声波测距原理：回声定位、时间差法。
2. 实践操作：- 超声波测距仪的构造：探头、发射接收器、显示屏。
- 实验步骤：安装、调试、测量、数据处理。
- 实验注意事项：安全操作、数据准确性。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：复习声波知识，介绍超声波特性。
- 第二课时：讲解超声波测距原理，展示测距仪构造。
- 第三课时：分组实验，动手操作超声波测距仪。
- 第四课时：分析实验数据，讨论测量误差原因。
4. 教材章节：- 《物理》八年级下册：第二章 声现象，第四节 声的利用。
- 《物理实验》八年级下册：实验十二 超声波测距。
教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生对超声波测距技术的理解和应用能力。
超声波测距仪毕业设计
超声波测距仪毕业设计超声波测距仪毕业设计在现代科技的飞速发展下，越来越多的电子设备被应用于各个领域。
其中，超声波测距仪作为一种常见的测量设备，被广泛应用于工业、医疗、安防等领域。
本文将介绍一个基于超声波原理的毕业设计，旨在设计并制作一款高精度、高稳定性的超声波测距仪。
首先，我们需要了解超声波测距的原理。
超声波是指频率超过人耳能够听到的声音范围（20Hz-20kHz）的声波。
超声波测距仪利用超声波在空气中传播的特性，通过发射器发出超声波脉冲，然后接收器接收到反射回来的超声波，并计算出测距的距离。
在设计过程中，首先需要选择合适的超声波传感器。
传感器的选择直接影响到测距仪的精度和稳定性。
常见的超声波传感器有压电传感器和电容传感器两种。
压电传感器通过压电效应将电能转化为声能，而电容传感器则是通过测量电容的变化来实现测距。
根据设计需求，我们可以选择适合的传感器。
接下来，需要设计测距仪的硬件电路。
核心电路包括发射电路、接收电路和信号处理电路。
发射电路主要负责产生超声波脉冲信号，而接收电路则负责接收反射回来的超声波信号。
信号处理电路用于对接收到的信号进行滤波、放大和数字化处理。
这些电路的设计需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力以及功耗等因素。
在硬件设计完成后，还需要进行软件编程。
软件编程主要包括信号的处理与计算。
首先，需要对接收到的信号进行滤波和放大，以提高信号的质量。
然后，根据超声波传播速度和信号的时间差，可以计算出测距的距离。
为了提高测距的精度，还可以对信号进行多次采样和平均处理。
除了基本的测距功能，我们还可以考虑添加其他功能，如数据存储、显示和通信等。
数据存储功能可以将测距数据保存在存储介质中，方便后续分析和处理。
显示功能可以将测距结果以数字或图形的形式显示出来，提高用户的使用体验。
通信功能可以实现与其他设备的数据传输，实现更多的应用场景。
在整个毕业设计过程中，除了硬件和软件的设计，还需要进行实验和测试。
实验可以验证设计的准确性和可行性。
超声波测距仪设计本科毕设PPT
05 系统测试与优化
系统测试方案
01
02
03
测试环境
在室内和室外环境下分别 进行测试，以模拟实际应 用场景。
测试设备
使用高精度计时器和测距 仪作为参照设备，确保测 试结果的准确性。
测试方法
分别对测距仪的测距范围、 精度、响应速度等关键性 能指标进行测试。
系统测试结果
测距范围
在室内环境下，测距仪的最远测 距范围为10米，精度为±2厘米； 在室外环境下，最远测距范围为
超声波测距仪设计本科毕设
目录
• 引言 • 超声波测距原理 • 硬件设计 • 软件设计 • 系统测试与优化 • 结论与展望
01 引言
毕设背景
01
超声波测距技术在现代工业、医 疗、交通等领域有广泛应用，如 机器人避障、汽车倒车辅助、无 人机高度检测等。
02
随着技术的不断发展，超声波测 距仪在精度、稳定性、便携性等 方面仍有提升空间。
减小误差的方法
为了减小误差，可以采用高精度计时器和优化信号处理算法等方法。同 时，在实际应用中，需要注意环境温度对声速的影响，并进行适当的修 正。
03 硬件设计
超声波发射器设计
超声波发射器的作用
实际应用
超声波发射器是超声波测距仪中的重 要组成部分，负责产生超声波信号并 向外发射。
根据测距需求，选择合适的超声波频 率和功率，以确保测距精度和范围。
毕设目的
设计一款结构简单、 性能稳定、成本低廉 的超声波测距仪。
提高解决实际问题的 声波测距的基 本原理和实现方法。
毕设意义
为超声波测距技术的发展做出贡 献，推动相关领域的技术进步。
为本科生的实践能力和创新能力 培养提供支持，促进综合素质的
超声测距仪的设计与制作
超声测距仪的设计与制作
超声测距仪（Ultrasonic Distance Meter）是一种通过超声波
来测定物体距离的仪器。
其基本原理是：以超音速在介质中传播的
特点，发送器产生超声波，通过传感器接收到物体反射回来的超声波，并通过处理器将接收到的信息转化为距离数据。
超声波测距的
优点是适用于大多数物体，测量精度高，反应时间快，常用于工业
领域、机器人控制、防盗报警等应用。
下面是超声测距仪的设计与制作步骤：
1. 制定设计方案：首先确定设计的目标、功能和应用范围。
确
定测量范围、分辨率、测量精度和可靠性要求，选择适当的传感器、发声器和处理器等元件和模块。
2. 确定电路原理图和PCB板图：采用EDA软件设计电路原理图
和PCB板图，按照元器件的连接方式设计电路，选择合适的PCB板，进行布线、连接、焊接等工作。
3. 组装调试：按照PCB板图进行组装，连接电源及显示器，并
进行初步测试，包括实际测量距离与显示距离的比对，测量精度的
测试，以及各种异常处理。
4. 调整优化：主要是对电路和程序进行优化以保证测距精度和
响应速度，同时还要考虑功耗、噪音、温度和湿度等因素的影响。
5. 装箱上线：将电路和PCB板固定在合适的外壳中，加上电池、电源适配器、传感器和发声器等部件，修整外观和按钮等位置，进
行最后的功能测试和运行稳定性测试。
以上是超声测距仪的设计和制作步骤，需要选用适合的元器件和材料，按照标准的工艺流程，进行精密的组装和调试，保证生产出稳定、可靠、精准的超声测距仪。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发射超声波信号，并接收反射信号来测量物体与测距仪之间的距离。
本文将介绍超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计，并提供该测距仪的详细设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的设计原理基于声波在空气中传播的特性。
当超声波信号发送器发出一束超声波信号时，该信号会在物体表面反射，并被接收器接收到。
通过测量超声波信号的发送和接收时间差，可以得到物体与测距仪之间的距离。
3. 硬件设计3.1 发送器设计发送器的设计主要包括超声波发射器和电路控制部分。
超声波发射器是一个压电陶瓷片，通过电路控制部分提供的电压信号激励，产生高频的超声波信号。
在设计过程中，需要考虑发射器的共振频率和驱动电压的选择，以及电路控制部分的电流保护和输出功率控制等。
3.2 接收器设计接收器的设计主要包括超声波接收器和信号处理部分。
超声波接收器接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
信号处理部分对接收到的电信号进行放大、滤波和后续处理，以提取出有效的距离信息。
3.3 距离计算通过测量发送超声波信号和接收超声波信号的时间差，可以计算出物体与测距仪之间的距离。
距离的计算公式如下：距离 = 速度 × 时间差 / 2其中，速度是超声波在空气中传播的速度，通常可以取340米/秒。
3.4 显示与输出设计中可以添加LED显示屏或者数码管等显示设备，以显示测得的距离。
同时，还可以通过串口或者无线通信等方式，将测得的距离输出到计算机或其他外部设备上进行进一步处理。
4. 软件设计在超声波测距仪的软件设计中，通常需要实现以下功能:•控制发送器和接收器的开关状态和工作频率；•读取接收器接收到的信号，并进行处理；•根据接收到的信号计算距离；•将测得的距离输出到显示设备或者外部设备。
在设计过程中，可以使用C/C++等编程语言，结合相关的硬件接口库来实现软件功能。
5. 总结本文介绍了超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计。
《超声波测距仪电路设计》
《超声波测距仪电路设计》超声波测距仪电路设计超声波测距仪是一种常见的测距装置，它利用超声波的传播特性来测量目标物体与测距仪之间的距离。
其基本原理是利用超声波的发射和接收来计算目标物体与设备之间的距离。
超声波测距仪的电路设计包括发射电路和接收电路两部分。
1.发射电路设计超声波测距仪的发射电路主要包括发射器、脉冲发生电路和驱动电路。
发射器是将电能转换为声能的装置，一般采用压电陶瓷材料。
脉冲发生电路是用来产生发送的超声波脉冲信号的电路，常用的是555定时器芯片，通过设置合适的频率和占空比，可以实现超声波脉冲的产生。
驱动电路主要是将脉冲信号放大，并提供足够的电流和电压来驱动发射器。
2.接收电路设计超声波测距仪的接收电路主要包括接收器、放大电路和信号处理电路。
接收器是将接收到的声波信号转换为电信号的装置，常用的是压电陶瓷材料。
放大电路主要是将接收到的微弱信号放大到合适的电平，以便后续的信号处理。
信号处理电路包括滤波器和放大器，滤波器用于滤除杂散信号，放大器用于放大清晰的接收信号。
3.其他设计考虑除了发射电路和接收电路，还需要考虑一些其他设计因素。
第一，为了减小测量误差，需要加入合适的校准电路来对测量系统进行校准。
第二，为了方便使用，可以加入显示电路，将测量结果以数字或者模拟形式显示出来。
第三，为了提高抗干扰能力，可以加入滤波器和抗干扰电路来滤除干扰信号。
总之，超声波测距仪电路设计需要考虑发射电路、接收电路以及其他设计因素，合理配置各个部分的电路参数，并利用合适的元器件和电路拓扑结构，以提高测距仪的精度和稳定性。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本和尺寸等因素，以满足具体应用的要求。
第3章 超声波测距器的设计资料
第3章超声波测距器的设计3.1 功能要求由于超声波具有指向性强、能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等特点，超声波被经常用于距离的测量。
利用超声波测量距离设计较方便，计算处理较简单，而且在测量精度上也能达到日常使用的要求。
本项目设计的超声波测距器可应用于汽车倒车、建筑施工工地及一些工业现场的位置监控，也可用于诸如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。
测量范围为0.10~4.00m，测量精度为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。
设计的主要功能：在检测范围内，与障碍物的远近，用五盏LED灯显示说明。
当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理，然后控制蜂鸣器和LED报警，用5个发光二极管来显示距离长短的趋势。
（1）当被测距离大于等于100cm时，5个灯全亮，且不发声。
（2）当被测距离小于100cm时，离障碍物的距离是否越来越近或越来越远，来改变蜂鸣器发声越来越快或越来越慢。
当被测距离大于等于75cm小于100cm，亮4个灯；（3）当被测距离大于等于50cm小于75cm，亮3个灯；（4）当被测距离大于等于30cm小于50cm，亮2个灯；（5）当被测距离小于30cm，亮1个灯，蜂鸣器急促报警。
3.2 主要器件介绍超声波传感器1、超声波的特性人类能听到的声音频率范围为：20Hz-20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下频率的声音称为低频声波，20kHz以上频率的声音称为超声波。
当声音的频率高到超过人耳听觉的频率极限时，人们就会觉察不出周围声音的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20kHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。
超声波的主要基本特性：(1) 波长波的传播速度是用频率乘以波长来表示。
电磁波的传播速度是3×108m/s，而声波在空气中的传播速度很慢，约为344m/s (20℃时)。
超声波测距仪的设计实现
超声波测距仪的设计与实现摘要超声波测距系统采用芯片STC89C52作为系统的主控制器，采用NE555作为系统的脉冲发射源，结合3位7段数码管液晶显示，实现了测量距离大，测量精度高，并能实时显示，无明显失真。
关键词:实时超声波测距第1章设计主题和要求1.1设计要求利用压电超声换能器和单片机作为控制器，完成了超声波测距仪的软硬件设计。
1.2基本要求:(1)具有反射式超声波测距功能，测量距离为0.1m ~ 3.0m；(2)测距精度:误差1cm；(3)用LED数码管显示测试距离；(4)实时显示测量的距离，显示格式为□。
□□□米。
第二章系统总体方案论证2.1总体系统计划题目要求设计一种利用超声波反射原理测距并实时同步显示的超声波测距仪。
因此，该系统可分为四个模块:发射、接收、显示和主控模块，如图2.1所示:显示组件发射舱主控制模块接收模块图2.1系统的基本框图根据技术指标的需要，为了使系统的测量距离更远，精度更高，提高系统的整体完善性，对上述系统的各个功能模块逐一进行了方案论证:2.2主控制模块2.2.1主控模块概述主控制器模块实际上是一个简化的嵌入式系统。
嵌入式系统一般指非PC系统，具有计算机功能，但不称为计算机设备或设备。
它是以应用为中心，软硬件可裁剪的专用计算机系统，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等全面而严格的要求。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
2.2.2主控模块方案选择根据以上知识，考虑到目前市场上常用的AVR、61、51微控制器，我们有以下三种方案可供选择。
方案1: AVR MCUAVR单片机品种丰富，有ATtiny，AT90S，ATmeg系列。
每个系列都有不同的型号，价格适中。
相对来说，相对于51单片机，它的资源更多，其部门也集成了A/D和PWM 输出，但在系统的进一步扩展方面并不是很好。
这种单片机主要应用在工业控制领域，在语音处理方面没有优势。
方案二:SPCE061A。
凌阳MCU的资源比较丰富，32K×16bitFlash，两个D/A通道，一个全双工异步串口(UART)方便其与其他控制器通信。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案简介超声波测距仪是一种常见的测距设备，它利用超声波的传播特性来实现对距离的测量。
本文将介绍超声波测距仪的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
硬件设计超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部件，它能够发射超声波并接收回波。
常用的超声波传感器有两种，一种是单通道超声波传感器，一种是多通道超声波传感器。
控制电路超声波传感器和微控制器之间需要通过控制电路进行连接。
控制电路主要包括电压转换电路、信号放大电路和滤波电路，它们的作用是将超声波传感器输出的模拟信号转换为微控制器能够识别的数字信号。
显示装置为了方便用户查看测距结果，超声波测距仪通常会配备一个显示装置。
显示装置可以是液晶显示屏、数码管等，通过显示装置可以直观地显示测距结果。
电源模块超声波测距仪需要一个可靠的电源供电。
电源模块可以采用锂电池、干电池或者充电电池等供电方式。
软件设计初始化配置超声波测距仪启动时需要对各个模块进行初始化配置。
这包括设置超声波传感器的工作频率和增益，设置控制电路的参数，以及初始化显示装置等。
超声波测距算法超声波测距算法是超声波测距仪的核心算法，它主要用于计算超声波传感器发射的超声波到接收回波之间的时间差，从而得到距离。
常用的超声波测距算法有三角函数法、脉冲回波法和相位差法等。
其中，三角函数法是最简单的算法，适用于测量距离较短的情况；脉冲回波法和相位差法适用于测量距离较长的情况，但需要更为复杂的计算。
距离显示软件设计中还需要考虑如何将测得的距离值进行显示。
可以通过数码管、液晶显示屏或者计算机界面等方式进行显示。
报警功能超声波测距仪还可以增加报警功能，当检测到距离超过设定的阈值时，触发报警，提示用户该区域存在障碍物。
总结超声波测距仪的设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计包括超声波传感器、控制电路、显示装置和电源模块的设计。
软件设计包括初始化配置、超声波测距算法、距离显示和报警功能等。
通过合理设计和优化算法，可以实现一个精准、稳定的超声波测距仪。
基于51单片机超声波测距仪设计
基于51单片机超声波测距仪设计超声波测距仪是一种应用较为广泛的测量设备，可以用于测量物体与超声波传感器之间的距离。
本文将基于51单片机设计一个简单的超声波测距仪，并介绍其原理、硬件电路和程序设计。
一、原理介绍：超声波测距仪的工作原理是利用超声波传感器发射超声波，并接收其反射回来的波，通过计算发射和接收之间的时间差，从而确定物体与传感器之间的距离。
超声波的传播速度在空气中近似为331.4m/s，根据速度与时间关系，可以通过测量时间来计算距离。
二、硬件电路设计：1.超声波模块：选用一个常见的超声波模块，包括超声波发射器和接收器。
2.51单片机：使用51单片机作为控制器，负责控制超声波模块和处理测距数据。
3.LCD显示屏：连接一个LCD显示屏，用于显示测距结果。
4.连接电路：将超声波发射器和接收器分别连接到单片机的引脚，将LCD显示屏连接到单片机的相应引脚。
三、程序设计：1.初始化：包括初始化单片机的GPIO引脚、定时器以及其他必要的设置。
2.发送信号：发射一个超声波信号，通过超声波模块的引脚控制。
此时，启动定时器开始计时。
3.接收信号：当接收到超声波的反射信号时，停止定时器，记录计时的时间差。
根据超声波传播速度，可以计算出距离。
4.显示结果：将测得的距离数据显示在LCD显示屏上。
四、实现效果：通过以上设计，可以实现一个简单的超声波测距仪。
在实际应用中，可以根据需求扩展功能，例如增加报警功能、计算速度等。
总结：本文基于51单片机设计了一个超声波测距仪，包括硬件电路设计和程序设计。
通过该设备可以实现对物体与超声波传感器之间的距离进行测量，并将结果显示在LCD显示屏上。
该设计只是一个基本的框架，可以根据需要进行进一步的改进和优化。
毕业设计超声波测距仪设计
毕业设计超声波测距仪设计（以下内容仅供参考）一、设计要求1.设计一款超声波测距仪，最大测量距离为5米。
2.能够实现实时测量距离。
3.具有屏幕显示测距结果。
4.能够通过按键控制实现最大距离设置。
二、设计方案1.硬件设计2.软件设计1.硬件设计超声波测距仪主要由以下部分组成：1）Arduino UNO开发板Arduino UNO开发板是一款开源的硬件平台，基于ATmega328P单片机。
可以通过编写软件来控制它，从而实现各种功能。
在该设计中，我们使用Arduino UNO作为超声波测距仪的主控板。
2）超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部分。
它通过发射和接收超声波，来测量被测物体和传感器间的距离。
在该设计中，我们使用HC-SR04超声波传感器。
3）1602液晶显示屏1602液晶显示屏是用于在超声波测距仪中显示测距结果的显示设备。
4）按键按键用于设置最大距离。
5）发光二极管发光二极管用于指示测量状态。
2.软件设计超声波测距仪的软件设计主要包括以下三个部分：1）超声波测距的程序设计该部分主要负责调用超声波传感器进行距离测量，并返回测量结果。
2）LCD1602数字显示的程序设计该部分主要负责在1602液晶显示屏上显示测量结果。
3）设置最大距离的程序设计该部分主要负责通过按键设置最大距离。
三、系统实现1.硬件实现超声波传感器通过引脚连接到Arduino UNO的第8、9、10、11号IO口（分别为Trig、Echo、Vcc、GND），1602液晶显示屏通过引脚连接到Arduino UNO的第12、13、6、7、5、4号IO口（分别为RS、EN、D4、D5、D6、D7），按键通过引脚连接到Arduino UNO的第3号IO口，发光二极管通过引脚连接到Arduino UNO的第2号IO口。
2.软件实现1）超声波测距程序设计：首先定义Trig、Echo两个引脚，然后定义pulseIn函数，这个函数的作用是等待Echo引脚输出一个高电平，然后返回Echo引脚的高电平持续时间（us）。
简单实用超声波测距仪的设计
简单实用超声波测距仪的设计摘要：本设计采用电路模块化设计，以AT89C52单片机为核心，实现超声波的发送和接受检测，信号经单片机分析处理，完成超声波测距的各种功能，经实验证明，这款超声波测距仪软硬件设计合理、抗干扰能力强，经济适用。
关键词：AT89c52 超声波测距一、系统的设计思路（一）超声波测距原理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。
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。
（二）超声波测距仪框图单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用电路进行处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行计算，得出距离数并送LED显示。
二、方案选择1、方案一：根据设计要求综合各方面的因素，可采用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。
2、方案二：本设计主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成，通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。
3、方案选择：方案一与方案二有很多相似之处，两个设计都运用到了单片机，用到了同一类型的传感器，由LED显示管。
但方案一软件的编写方面比较容易理解、实现。
而方案二的软件部分与方案一比较，就略显麻烦，而且对外围还需要一些辅助电路，增加了温度补偿电路，程序编写复杂。
综合分析之后，本设计采用方案一。
三、硬件设计（一）电路系统结构硬件电路的设计主要包括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、电源电路五部分。
单片机选用AT89C52，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。
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。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案一、引言超声波测距仪广泛应用于工业领域中的距离测量需求。
本文将介绍一种超声波测距仪的设计方案，以满足高精度、稳定性和可靠性的要求。
二、设计原理超声波测距仪的设计基于超声波测距原理，即通过发送超声波信号到目标物体，并测量回波信号的时间差来计算距离。
具体设计方案如下。
1. 发射装置为保证发射的超声波信号稳定且具有较高的频率精度，我们选用一种高品质的压电陶瓷振荡器作为发射装置。
该振荡器能够提供稳定的超声波信号，并具有快速响应和较低的失真率。
2. 接收装置为捕获和处理回波信号，我们采用一个高灵敏度的超声波接收器。
该接收器能够有效接收和放大回波信号，并通过滤波和放大电路将其转化为数字信号。
3. 信号处理为了准确计算距离，我们使用微处理器进行信号处理。
微处理器通过测量发射与接收之间的时间差，并根据声速来计算出距离。
三、主要模块设计为确保超声波测距仪的可靠性和性能，我们将其设计分为以下几个主要模块。
1. 信号发射模块该模块由压电陶瓷振荡器和驱动电路组成。
振荡器负责产生高频稳定的超声波信号，驱动电路用于提供所需的电源和信号放大。
2. 信号接收模块该模块包括超声波接收器、放大电路和滤波电路。
超声波接收器接收回波信号，并将其放大后传递给滤波电路，以去除噪声和杂散信号。
3. 信号处理模块该模块由微处理器和相关电路组成。
微处理器负责计算距离，并将结果显示在相关显示装置上。
四、性能优化与安全保障为提高超声波测距仪的性能并确保使用过程中的安全可靠，我们采取以下措施。
1. 信号干扰处理在设计中加入了信号滤波电路和抗干扰电路，以防止外界干扰对测距精度的影响。
2. 电源管理采用高质量的电源管理模块，以确保供电稳定并防止电源的波动对测距仪的正常工作产生影响。
3. 结构设计在外壳设计中考虑到机械强度和防水性能，以保证超声波测距仪在各种环境下的可靠性和耐用性。
五、应用场景超声波测距仪的设计方案可以广泛应用于以下情景：1. 无人驾驶超声波测距仪可用于无人驾驶汽车中的障碍物检测和距离测量，以确保行驶安全。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计一般包含超声发射器、接收器、计时
电路和显示电路。
下面将对其各组成部分进行具体说明。
1. 超声发射器：
超声发射器是超声波测距仪的关键组件，通常由压电陶瓷
传感器构成。
它能将电能转化为超声波能量。
通过施加电压，压电陶瓷会振动产生超声波，并向周围环境发射。
2. 接收器：
接收器是超声波测距仪的另一个重要组成部分。
它通常也
由压电陶瓷传感器构成。
当超声波波达到测距仪的目标物
体后，一部分超声波会被目标物体反射回来，被接收器接收。
接收器会将接收到的超声波转化为电信号。
3. 计时电路：
计时电路用于测量从超声发射到接收到反射信号之间的时
间间隔，根据声速和时间间隔可以计算出目标物体的距离。
计时电路通常由逻辑门、计数器、时钟等组成。
4. 显示电路：
显示电路用于显示目标物体的距离。
一般可以通过数码显
示器或者液晶显示屏将测得的距离进行显示。
显示电路通
常由数码显示器、驱动电路、控制电路等组成。
除了以上组成部分，还可以加入一些其他功能，例如校准
电路、报警电路等，以提高测距仪的精度和实用性。
设计
超声波测距仪需要对各个组成部分进行合理的配置和调试，使得整个测距仪可以稳定、准确地测量目标物体的距离。
简易手持式超声波测距仪
简易手持式超声波测距仪一、任务设计与制作《简易手持式超声波测距仪》（原理框图如图1所示）。
简易电路板（9V 电池供电）信号产生与驱动电路超声发射器反射物体信号处理电路超声接收器万用表直流档要求提供直流电压与距离的关系表格图 1 参考原理框图二、基本要求(1) 具有反射式超声波测距功能;(2) 万用表直流档显示测量值，要求提供距离与电压之间的转换关系（或表格） (3) 测量距离精度越高越好； (4) 测量距离越远越好；(5) 全部使用常规器件，无需使用单片机、CPLD 等可编程器件。
(6) 可参考其他设计方案，可与其他小组或人员交流，但实物应完全由本组成员制作。
四、提高要求(1) 使用STC11L02（51核心，实验室提供最小板）单片机（或其他单片机）实现结果的自动显示。
(2) 其他自行发挥；五、评分参考项 目得 分 基本要求 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，提交电路图及有关设计，提交测试方法与仪器，提交测试数据及测试结果分析。
40 扩展要求 实现单片机显示数据结果 其他10 5 实际制作完成情况制作工艺25 同等测量精度情况下，比测量距离20简易电容、电阻测量仪一、任务设计与制作《简易电容、电阻测量仪》。
二、基本要求(1) 测量范围：电阻100Ω ～1MΩ ；电容100pF ～10000pF(2) 万用表直流档显示测量值，要求提供被测值与电压之间的转换关系（或表格）(3) 测量精度：±5%(4) 可手动切换量程。
(5) 全部使用常规器件，无需使用单片机、CPLD等可编程器件。
(6) 可参考其他设计方案，可与其他小组或人员交流，但实物应完全由本组成员制作。
四、发挥部分(1) 使用STC11L02（51核心，实验室提供最小板）单片机（或其他单片机）实现结果的自动显示。
(2) 量程自动切换。
(3) 其他发挥功能。
五、评分参考项目得分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，提交电路图及有关设计，提交测试方法与仪器，提交测试数据及测试结果分析。
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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AbstractUltrasonic 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目录1 绪论 (1)1.1 超声波测距仪的设计思路 (1)1.2 方案一：利用分立模块的超声波测距仪 (1)1.3 方案二：基于AT89C51单片机的超声波测距仪 (2)2 理论分析与计算 (4)2.1 测量与控制方法 (4)2.2 理论计算 (4)3 系统的硬件结构设计 (6)3.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 (6)3.1.1 51系列单片机的功能特点 (6)3.1.2 单片机实现测距原理 (7)3.2 超声波发射电路 (7)3.3 超声波检测接收电路 (8)3.4 超声波测距系统的硬件电路设计 (9)4 系统软件的设计 (11)4.1 超声波测距仪的算法设计 (11)4.2 主程序流程图 (12)4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (13)4.4 系统的软硬件的调试 (14)4.4.1 超声波测距误差分析 (15)4.4.2 提高精度的方案及系统设计 (16)总结 (17)致谢 (18)附录 (19)参考文献 (26)简易超声波测距仪的设计1绪论1.1 超声波测距仪的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。
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。
1.2方案一：利用分立模块的超声波测距仪系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组、控制模组及电源五部分。
超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制（如图1-1所示）；超声波换能器谐振在40KHz的频率，模块上带有40KHz方波产生电路。
超声波测距仪主要以单片机AT89C51为核心，其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。
一般情况下，超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即s=340×t/2，这就是常用的时差法测距。
在测距计数电路设计中，采用了相关计数法，其主要原理是：测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号，单片机计数器处于等待状态，不计数；当信号发射一段时间后，由单片机发出信号使系统关闭发射信号，计数器开始计数，实现起始时的同步；当接收信号的最后一个脉冲到来后，计数器停止计数。
双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成（如图1-2所示）：LED显示模块，AT89C51芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块组成。
图1-2系统设计总体框图优点：双向测距，精度高，功耗低；在电路中我们采用PIC芯片它的优点是：精简指令使其执行效率大为提高；彻底的保密性；其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。
基于上述两种方案的比较，方案一，测量盲区较长，结构复杂且稳定性不高。
方案二，能进行双向测距，精度高，功耗低，模块简单，稳定性高。
所以选用方案二。
2 理论分析与计算2.1 测量与控制方法声波在其传播介质中被定义为纵波。
当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。
假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。
这就是本系统的测量原理。
超声波传感器的结构如图2-1所示。
图2-1 超声波传感器结构 由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进行测距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现。
2.2 理论计算图2-2 测距的原理如图2-2所示为反射时间法，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T 利用电极 共振板压电晶片公式S=C*(T/2)其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T=T1+T2），可以计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服。
这样可以求出距离：S=C*(T1+T2)/23 系统的硬件结构设计硬件电路的设计主要包括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。
单片机采用AT89C51或其兼容系列。