基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机超声波测距系统的设计和实现
基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。
在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。
一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。
其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。
超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。
2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。
3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。
以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。
4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。
二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。
设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。
2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。
包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。
3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。
包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。
5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。
如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。
三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。
该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。
同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。
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。
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。
基于单片机控制的超声波测距系统设计
基于单片机控制的超声波测距系统设计超声波技术是一种非常常用的测距技术，利用超声波在空气中的传播速度和回声原理来实现物体距离的测量。
超声波测距系统是基于这一原理设计的一种系统，可以广泛应用于物体距离的检测和控制领域。
本文将介绍基于单片机控制的超声波测距系统的设计原理、硬件和软件结构，以及系统的性能评估和实际应用。
首先，设计一个基于单片机控制的超声波测距系统需要考虑到硬件的搭建。
该系统主要由超声波发射模块、超声波接收模块、控制单元和显示单元组成。
超声波发射模块用于发送超声波脉冲，超声波接收模块用于接收回波信号。
控制单元则是通过单片机实现对超声波发射和接收模块的控制，同时处理回波信号并计算物体距离。
最后，显示单元用于将测量到的距离值以数字或者图形的形式显示出来。
在硬件搭建的基础上，还需要设计适合的软件算法来实现距离的测量和显示。
首先需要编程单片机实现对超声波发射和接收模块的控制，包括超声波信号的发送和接收，以及回波信号的处理和距离的计算。
在距离的计算方面，需要考虑到超声波在空气中的传播速度，同时考虑到超声波发射和接收模块之间的时间差，从而计算出物体到超声波发射模块的距离。
除了硬件和软件的设计，还需要对系统的性能进行评估。
主要包括系统的精度、测量范围、响应时间和稳定性等方面的评估。
可以通过实验测量不同距离下系统的测量误差，以及系统在不同环境条件下的表现，从而评估系统的性能是否符合实际应用的需求。
在实际应用方面，基于单片机控制的超声波测距系统可以应用于智能家居控制、无人驾驶汽车、智能仓储管理等方面。
例如，可以将该系统应用于智能家居中，通过测量门口到来访者的距离来实现自动开关门的控制；或者可以将该系统应用于无人驾驶汽车中，实现对周围物体距离的检测和避障控制。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，在实际应用中具有很大的潜力和广泛的应用前景。
通过合理的硬件和软件设计，以及系统性能评估和实际应用探索，可以更好地发挥该系统在物体距离测量和控制领域的作用。
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引言超声波测距技术是一种常用的非接触式测距方法，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、智能家居等领域。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计原理和实现方法，以及其在实际应用中的优势和局限性。
一、设计原理基于单片机的超声波测距系统主要由超声波发射器、接收器、单片机和显示装置组成。
其工作原理如下：1.1 超声波发射器发射超声波信号，信号经过空气传播后，被目标物体反射返回。
1.2 超声波接收器接收到反射的超声波信号，并将信号转化为电信号。
1.3 单片机通过IO口控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式，实现信号的发射和接收。
1.4 单片机通过计算超声波信号的往返时间，即可得到目标物体与传感器之间的距离。
1.5 显示装置将测得的距离信息显示出来，供用户参考和使用。
二、系统设计与实现2.1 硬件设计超声波发射器和接收器的选型是系统设计的关键。
通常情况下，超声波发射器和接收器的工作频率应匹配，常用的频率有40kHz和50kHz。
此外，还需选择合适的单片机和显示装置。
2.2 软件设计软件设计主要包括超声波信号的发射和接收控制以及距离计算等功能。
通过编程，可以实现以下功能：2.2.1 控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式。
2.2.2 通过IO口读取接收器接收到的信号，并将其转化为数字信号。
2.2.3 使用定时器测量超声波信号的往返时间。
2.2.4 根据往返时间计算目标物体与传感器之间的距离。
2.2.5 将测得的距离信息显示在显示装置上。
三、系统优势基于单片机的超声波测距系统具有以下优势：3.1 非接触式测距：超声波测距系统可以实现对目标物体的非接触式测距，无需直接接触目标物体，避免了传感器与目标物体之间的摩擦和磨损。
3.2 高精度：超声波测距系统通过测量超声波信号的往返时间，可以实现较高的测距精度，通常可达到毫米级别。
3.3 快速响应：超声波测距系统的测量速度快，响应时间短，适用于需要快速测量的应用场景。
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目录一、摘要 (3)二、正文 (3)1、引言 (3)2、系统设计方案 (4)2.1超声波测距的原理 (4)2.2设计框图 (4)2.3 US-100超声波收发模块 (4)2.4 单片机电路 (6)2.5 蜂鸣器报警电路 (8)2.6显示电路 (9)2.7供电及程序下载电路 (10)3 软件编程 (10)3.1软件流程图 (10)3.2主程序 (11)4、下载调试 (19)5、实物图 (19)6 元件选择 (20)三、总结 (20)四、参考文献 (20)一、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。
本设计详细介绍了超声波传感器的原理和特性，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STC89c52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 STC89c52AbstractUltrasonic 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。
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目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外研究动态 (3)1.3 论文主要内容 (4)第2章系统的总体设计 (5)2.1 设计方案 (5)2.2 系统的硬件选型 (5)2.2.1 单片机选型 (5)2.2.2 超声波传感器选型 (6)2.2.3 超声波接收芯片选型 (6)2.2.4 显示器选型 (7)第3章系统的硬件设计 (8)3.1 基本系统构成 (8)3.1.1 系统电源电路 (9)3.1.2 超声波发射电路 (9)3.1.3 超声波接收电路 (10)3.1.4 晶振电路 (11)3.1.5 复位电路 (11)3.1.6 显示电路 (12)3.1.7 报警电路 (13)3.2 电路原理图 (13)3.3 PCB图 (14)第4章系统的软件设计 (15)4.1 软件keil的简介 (15)4.2 主程序流程 (16)4.3 超声波收发模块程序设计 (16)4.3.1 超声波收发中断子程序 (17)4.3.2 距离测算子程序 (19)4.4 显示模块程序设计 (20)4.4.1 初始化程序 (22)4.4.2 显示程序 (22)4.4.3 延时程序 (23)4.5 现场实测距离显示 (25)第5章结论 (26)5.1 总结 (26)5.2 系统实物图形 (27)5.3 展望 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)摘要本文阐述了基于51单片机的超声波测距仪的设计过程和运行结果。
AT89C51单片机控制定时器产生方波脉冲，同时计时器T1开始计时。
发出的超声波在空气中传播，而后遇到障碍物体的表面时超声波折返，超声波接收模块接收返回的超声波信号并且把超声波信号转化为电信号。
计时器记录超声波往返所用的时间，从而由51单片机计算得到实测距离。
再使用四位数码管显示距离。
硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、四位数码管显示电路、电铃报警电路、12MHz晶振电路等组成。
基于单片机超声波测距(毕业设计)
基于单片机的超声波测距系统设计前言随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。
本设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。
由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为v，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=vt/2 。
这就是所谓的时间差测距法。
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, 随着科学技术的快速发展，超声波将的应用将越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的超声波技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用如汽车倒车雷达等，它们测距精度一般较低。
目前对超声波高精度测距系统的需求越来越大。
展望未来，超声波作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。
未来的超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展，死角问题也能得以解决。
1 超声波测距的基本概述人耳能听到的声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。
超声波是在一种弹性介质中的机械振荡，它有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度受很多因素的影响。
在空气中传播超声波，其频率较低、衰减较快。
超声波波长短，绕射现象小，其方向性好，而且穿透能力很强，且碰到杂质或分界面就会有显著的反射现象。
这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像等技术。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，超声波测距技术以其非接触、高精度、实时性强等优点，在众多领域如机器人导航、自动驾驶、工业控制、安防监控等中得到了广泛应用。
单片机作为一种集成度高、控制灵活、成本较低的微控制器，是实现超声波测距系统的理想选择。
本文旨在探讨基于单片机的超声波测距系统的设计原理、硬件构成、软件编程及实际应用，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供参考。
本文将首先介绍超声波测距的基本原理和关键技术，包括超声波的传播特性、测量原理及误差分析。
接着，详细阐述基于单片机的超声波测距系统的硬件设计，包括单片机的选型、超声波收发模块的选择与连接、信号处理电路的设计等。
在此基础上，本文将介绍系统的软件设计，包括超声波发射与接收的时序控制、距离数据的处理与显示等。
还将讨论系统的低功耗设计、抗干扰措施以及在实际应用中的优化策略。
本文将通过具体实例，展示基于单片机的超声波测距系统在机器人定位、障碍物检测等场景中的应用，以验证系统的可行性和实用性。
本文期望能为相关领域的研究提供有益的参考，推动超声波测距技术的进一步发展和应用。
二、超声波测距原理超声波测距系统主要基于超声波在空气中的传播速度以及反射原理进行设计。
超声波是一种频率高于20kHz的声波，其传播速度在标准大气条件下约为343米/秒。
在超声波测距系统中，超声波发射器向目标物体发射超声波，当超声波遇到目标物体后，会发生反射，反射的超声波被超声波接收器接收。
测距的原理在于测量超声波从发射到接收的时间差。
设超声波发射器发射超声波的时间为t1，接收器接收到反射波的时间为t2，则超声波从发射到接收所经历的时间为Δt = t2 - t1。
由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以可以通过测量时间差Δt来计算目标物体与测距系统之间的距离D。
距离D的计算公式为：D = V * Δt / 2，其中V为超声波在空气中的传播速度。
在实际应用中，为了确保测量的准确性，通常会采用一些技术手段来减少误差。
基于单片机控制的超声波测距系统设计
基于单片机控制的超声波测距系统设计1. 引言超声波测距技术是一种常见的非接触式测距方法，广泛应用于工业自动化、机器人导航、智能交通等领域。
本文旨在设计一种基于单片机控制的超声波测距系统，通过对系统的硬件和软件设计进行详细分析和研究，实现高精度的测距功能。
2. 系统硬件设计2.1 超声波传感器选择超声波传感器是实现超声波测距的核心组件。
根据应用需求，选择合适的超声波传感器非常重要。
本文选择了XX型号的超声波传感器，该传感器具有高精度、稳定性好等特点。
2.2 单片机选择在本系统中，单片机作为控制核心起到了重要作用。
根据需求分析和性能要求，我们选择了XX型号单片机作为控制核心。
该单片机具有较高的计算能力和丰富的外设接口。
2.3 电路设计为了实现稳定可靠的工作状态，我们对整个电路进行了详细设计。
包括电源电路、信号放大电路、滤波电路等部分。
通过合理的电路设计，可以提高系统的抗干扰能力和测量精度。
3. 系统软件设计3.1 系统流程设计根据测距系统的功能需求，我们设计了详细的系统流程。
主要包括初始化、触发超声波发射、接收超声波回波、测量距离和显示结果等步骤。
通过合理的流程设计，可以保证系统的稳定性和可靠性。
3.2 程序框架设计在单片机控制下，我们编写了相应的程序代码。
根据系统流程，我们将代码分为多个模块，并采用模块化编程方式进行开发。
通过良好的程序框架设计，可以提高代码可读性和维护性。
3.3 软件功能实现在软件开发过程中，我们实现了多项功能。
包括超声波信号发射控制、回波信号接收与处理、距离计算算法等部分。
通过详细分析每个功能模块，并进行适当优化，可以提高系统整体性能。
4. 系统测试与优化4.1 功能测试在完成硬件和软件设计后，我们对整个测距系统进行了全面测试。
主要包括触发超声波信号并接收回波信号，计算距离并显示结果等功能。
通过测试，可以验证系统的功能是否符合设计要求。
4.2 精度测试为了评估系统的测量精度，我们设计了一系列测试用例，并对测量结果进行统计和分析。
基于51单片机的超声波测距系统设计单片机与电子技术专业毕业设计毕业论文
目录目录 (1)摘要 (2)第1章超声波测距系统设计 (3)1.1超声波测距的原理 (3)1.2超声波测距系统电路的设计 (3)1.2.1 总体设计方案 (3)1.2.2发射电路的设计 (4)1.2.3接收电路的设计 (5)1.2.4显示模块的设计 (6)1.3超声波测距系统的软件设计 (7)1.4本章小结 (9)第2章绪论 (10)2.1课题背景，目的和意义 (10)2.2两种常用的超声波测距方案 (10)2.2.1基于单片机的超声波测距系统 (10)2.2.2基于CPLD的超声波测距系统 (11)2.3课题主要内容 (12)第3章超声波传感器 (13)3.1超声波传感器的原理与特性 (13)3.1.1原理 (13)3.1.2特性 (14)3.2超声波传感器的检测方式 (15)3.3超声波传感器系统的构成 (16)3.4本章小结 (17)第4章AT89C51单片机简介 (18)4.1单片机基础知识 (18)4.1.1单片机的内部结构 (18)4.1.2单片机的基本工作原理 (20)4.2单片机的分类及发展 (21)4.3单片机AT89C51的特性 (22)4.4本章小结 (25)第5章电路调试及误差分析 (26)5.1电路的调试 (26)5.2系统的误差分析 (26)5.2.1声速引起的误差 (26)5.2.2单片机时间分辨率的影响 (27)5.4本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录1 (31)附录2 (36)附录3 (38)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。
本报告详细的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。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计超声波测距系统在物联网和机器人等领域有着广泛的应用。
超声波作为一种非接触的测量方式，可以有效地避免物体表面的污染，适用于各种环境下的距离测量。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计方法。
超声波测距的原理超声波测距是基于声波传播时间的测量。
超声波发射器发出超声波，经物体反射后被接收器接收。
根据声波的传播速度和接收时间，可以计算出超声波的传播距离。
常用的超声波频率为40kHz左右，其传播速度约为340m/s。
单片机与超声波测距在超声波测距系统中，单片机作为主控制器，负责控制整个系统的运行。
它接收来自超声波发射器的信号，触发超声波的发送，并计时等待超声波的返回。
当超声波被接收器接收时，单片机通过计算时间差来计算距离。
距离计算距离计算公式为：距离 =声速×时间差 / 2。
在系统中，声速是已知量，因此关键是准确测量时间差。
单片机通过计时器来精确测量从超声波发射到接收的时间，从而计算出距离。
误差分析超声波测距系统可能出现的误差主要有以下几种：1、计时器计时误差：这是时间测量误差的主要来源。
为提高计时精度，可以使用高精度的计时器或者采取软件滤波算法来降低误差。
2、声速误差：由于环境温度、湿度等因素的影响，声速可能会发生变化，从而影响测量结果。
可以通过引入温度传感器来对声速进行补偿，以减小误差。
3、反射面误差：由于被测物体的表面形状和质地等原因，超声波可能无法完全反射回来，导致测量结果偏小。
为减少误差，可以在发射端和接收端加装角度调节装置，使超声波尽量垂直于被测物体表面。
应用实例以下是一个基于单片机的超声波测距系统的设计实例：1、硬件选择：选用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，并选用HC-SR04超声波传感器作为超声波发射和接收器。
该传感器具有外接和控制电路简单、性能稳定、可靠性高等优点。
2、硬件连接：将超声波传感器的Trig和Echo引脚分别连接到单片机的GPIO口，以控制超声波的发射和接收。
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1. 摘要基于单片机的超声波测距系统利用了超声波的频率在20KHZ以上，具有方向性强、耗能慢、传播距离远等优点。
在传感器技术与自动控制技术相结合的测距程序中，超声波测距是最常见的应用之一，被广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑工地和一些工业用地。
本系统的设计主要包含了硬件电路和软件程序两部分。
通过分析超声波测距的基本原理，选用合适的硬件电路部分，并写入相应的控制代码，以实现一个超声波测距系统的设计思路与方案。
在设计中，核心控制单元选用了STC89C52单片机，利用超声波传感器检测出超声波信号从传感器发出、碰到待测物并反射、最后接收器接收到返回的超声波信号这一过程的时间间隔，通过超声波在一定温度下的传播速度，利用公式得出传感器与待测物之间的距离，并将结果通过1602液晶显示出来。
系统还建立了按键模块和声光报警模块，以提升实用性，并建立了温度补偿模块，以提高测距的精确度。
系统采用模块化的结构，主要由温度检测模块、超声波测距模块、独立按键模块和供电电路四部分构成输入部分，由LCD1602显示模块、蜂鸣器、LED构成输出部分，由STC89C52单片机作为中控部分处理输入部分数据并控制输出部分。
通过Proteus仿真软件验证了硬件电路和软件代码设计。
2. 绪论随着科技的不断发展，人们对距离测量的需求日益增长。
在工业自动化、智能交通、机器人导航等领域，精确的距离测量是实现系统智能化和自动化的关键。
超声波测距技术因其非接触、高精度、低成本等优点，成为距离测量的首选方法之一。
基于单片机的超声波测距系统是利用单片机控制超声波的发射和接收，通过计算超声波在空气中传播的时间来测量距离。
相比传统的机械式测距方法，基于单片机的超声波测距系统具有更高的测量精度和更广泛的应用范围。
本文旨在设计一个基于单片机的超声波测距系统，通过研究超声波的特性、传感器的选择、硬件电路的设计和软件程序的编写，实现对目标距离的高精度测量。
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基于单片机的超声波测距系统设计
［摘要］超声波技术是一项应用十分广泛的实用的非接触式技术。
它具有传播距离远、聚向性能好、能源在传播过程中消耗缓慢等优点，而超声波测距更是借助了超声波的上述优点外还有如原理简单易懂、相关配件价格实惠等优势而被大量推崇。
文章首先介绍超声波测距的测距原理和系统构架，然后分别对制作超声波测距的硬件电路和软件编程思路进行阐述，最后介绍调试超声波测距仪中的一些测试结果。
［关键词］单片机；超声波；测距系统
众所周知，城市轨道交通的检修为了不打扰正常的运营通常放在半夜进行，而在此过程中如要进行一些非接触式的检测项目时，往往由于现场的光线昏暗或是检测条件有限，通常是由检修的老员工通过自己多年的经验来主观判断是否存在误差。
这样凭自己的主观工作经验而下的判断无疑是给列车的安全出行埋下了安全隐患。
超声波测距技术正是一项非接触式的测距技术，它具有传播距离远、能量消耗少、聚向性能佳等优势，特别适用于传播媒介是空气的应用环境之中。
由于在空气中波速较慢，因此容易检测出反射信号的信息，具有很强的分辨能力。
同时，它能做到实时控制和检测可靠优势而使其具有很高的工业实用价值，因此它被广泛地应用，而且价格相对低廉，不会给企业和个人使用增加太多的成本负担。
一、超声波测距的工作原理
目前超声波的测距原理主要有三种方式：分别是渡越时间检测法、相位检测法和声波幅值检测法[1] 。
相位检测法虽然通过相位之间的角度计算能够得出比较高的精确度[2]，但是计算方式比较复杂，而且相关的硬件设备价格较贵；而采用声波幅值检测方法的话，主要的瓶颈在于它容易受到反射波的干扰，而造成灵敏性和精确度不高[3]。
综合比较下来，渡越时间检测法的检测原理简单易懂同时反射波也不会对其造成干扰而使其灵敏度和精确度下降，最终笔者选择的超声波测距原理是渡越时间检测法。
渡越时间检测法的原理就是：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间[4]。
而用在传媒介质为空气中声波的速度乘以该渡越时间就可以得出我声波总的
传播距离。
由于该距离是发射到发射面后再有接收端口接收到的，因此实际的距离则是之前声波乘以渡越时间的一半。
而对于时间的计算则是通过51单片机的内部定时器来实现。
测距的具体过程如下：通过超声波发射装置向某一方向或是某一反射面发射超声波，同时激发单片机内部的定时器开始计时。
在超声波发射后遇到障碍物则被反射回来，之后被超声波的接收端所接收到；与此同时，单片机的内部定时器停止计时。
那么在单片机的内部定时器中的这段时间就是渡越时间，之后将这段时间送给单片机进行读取并计算，最后单片机将最终的结果显示到数码管上。
二、超声波测距系统的组成
整个测距系统的话主要是由c51单片机作为核心的控制系统以及发射模块、接收模块、报警模块、显示模块、电源模块等组成。
具体如图1所示：
在这其中单片机作为主要的核心，它的主要的功能将会是为发射端口提供40khz的高频方波信号，经过换能器和驱动电路后将超声波发射出去。
而接收电路接收到反射波后，向单片机发送一个低电平的信号。
单片机接收来自接收模块的低电平信号后停止计时并读取出内部
定时器的数值，同时进行相应的计算，对最后的结果进行处理后使其能显示在3位的共阳数码管上。
而如果当测距的距离超出最大的测距范围时，单片机也能及时触发相应的报警模块进行蜂鸣报警。
其他例如显示模块、报警模块、发射模块等将在测距硬件部分中介绍。
三、超声波测距系统的硬件模块组成
（一）发射电路模块
发射电路主要是由超声波发送头、超声波脉冲变压器、电阻、三极管组成。
其中脉冲变压器的主要功能就是对超声波发送头处的电压进行升压处理。
这样处理的好处就是能够有效地提高发送的功率，使得我的超声波发射的距离能够大大地提高。
发送的过程就是我单片机通过编程使其产生了40khz的高频信号，然后该信号通过变压器后加载到了发送头上，从而驱动了超声波的
发送头发送出高频超声波。
（二）接收电路模块
接收电路主要是由放大电路、检波电路、比较整型电路所构成。
放大电路主要是由两组三极管所构成，而其他2个电路则是由三极管、电容和检波二极管所组成。
通常情况下从发射段发射出去的超声波经反射回来后会有一定程度的衰减。
所以接收电路首先要做的就是对接收到的信号进行放大处理。
通过两组的三级管构成的放大电路进行放大，每组放大倍数定为70倍。
之后通过由in4148构成的检波电路和电容组成的整型电路后，输出的直流信号能被单片机有效地读取到。
采用这种电路设计方法可以使得接收性能稳定且结构简单。
（三）显示电路
显示电路主要是由3位共阳级的数码管为主体所构成的。
由于笔者所采用的是动态扫描的读取方式，因此还加上了s9012三极管来驱动数码管的工作。
（四）报警电路
报警电路的主要是由蜂鸣器、电阻、三极管所组成。
在其中设定当在进行测量中测量的距离值小于预先设好的值时，蜂鸣器将会被触发，并给予报警信号。
一旦高于设定的值时，将会停止报警。
三、软件编程设计与思路
超声波测距仪的软件编程主要是可以将软件执行的主要过程分为
几个模块来思考。
将其分为主程序模块、超声波输出模块、超声波接收模块以及显示模块。
主程序将作为整个程序的核心，根据相应的需要来调用其他的相应子模块。
同时在程序的执行过程中，由于该软件程序既涉及到有时间要求较高的控制过程（比如对于单片机内部定时器的开关的触发）又涉及到一系列复杂的计算问题（比如数值类型的转换和计算等），因此综合比较分析下来，使用单片机的c51语言编程比汇编语句更加有效。
（一）主程序模块
主程序模块首先进行的是整个系统的环境初始化，对所用的变量恢复原始设置。
之后便是对定时器开始进行一定的配置。
其值为0时代表其执行计数功能，而其值为1则代表执行定时功能。
过了初始化这个步骤后，当定时器标定位是0时进行的就是调用超声波输出模块，使得40khz的方波信号从超声波发射头中发射出去，同时启动单片机的内部定时器，开始计时。
随后紧接着一步就是进行判断，判断测距的距离是否在标定的范围内，如果不在则调用相应的报警功能。
如果在相应的标定距离则进入while循环语句中，调用显示模块，用来不间断显示测距的结果值。
流程图如图2所示：
（二）超声波输出及接收子程序设计思路
该子程序模块的调用条件即是当之前单片机内部定时器的标定位为1时被触发。
此时程序执行的就是由单片机发送4个一定频率的
超声脉冲加载到超声波发送头上，之后立即激发定时器开始计时。
之后将要执行一个延时子程序。
这个延时子程序的作用就是防止当我的超声波从发射头中发射出去时直接就被我的接收部分的接
收头收到。
这种由引起的直射波触发如果不进行延时处理，将会对整个测距的准确性带来严重的误差。
同样也正是因为这个原因，造成测距会有一个最小测距距离，也就是俗称的盲区值[5]。
之后就进入到接收子程序中。
接收子程序主要就是进行一个判断，这次的判断主要针对接收端是否接收到了回波的信号。
如果收到了回波信号则单片机内部定时器及时停止计时。
下一步开始根据时间计算出相应的测量值。
而如果接收端没有收到回波则，检查延时时间是否已到，如果已经到达了延时时间则停止计时；如果没有到，则继续检测接收端是否收到回波。
具体如图3所示。
（三）显示子程序的设计思路
显示子程序的主要思路就是在显示之前先加段位转换的小程序。
根据之前测距距离的判断结果调用之前存在静态存储区内的段位
组合情况。
之后再使用动态扫描的方法将其显示出来。
由于这部分知识包括动态扫描等方法都是单片机技术中一些比较常见和通用
方法。
在此也就不加详细阐述了。
四、结语
在完成了硬件的焊接和软件编程后，为了验证这个测距系统的精确性能指标，笔者在学院实验室内进行了实际的测试，发现在范围
50～500cm之间都能准确测量，最大误差在1cm之间。
整个系统相对于传统的测距设备相比具有性能稳定，结构简单、体积较小、价格便宜等优点。
而误差的原因经分析主要是由于反射面的不平整及自身的延时所致。
可根据实际的情况对脉冲宽度、频率等参数作相应的调整即可。
［参考文献］
［1］王红云基于超声波测距的倒车雷达系统设计［j］.国外电子元器件,2008,(8).
［2］王革思,李柏松,丁坚.相位差法超声波流量计的研制［j］.信息技术,2008,(12).
［3］彭建盛,梁光艳,郭留涛.基于无线单片机cc2510的多点超声波测距系统河池学院学报［j］. 2009,4(2).
［4］卜英勇,何永强,赵海鸣,等.一种高精度超声波测距仪测量精度的研究［j］.郑州大学学报,2006,(1).
［5］刘成安,孙涛.智能超声波测距仪的研制［j］.单片机开发与应用,2007,(6).。