基于51单片机的超声波测距电子电路设计
基于51单片机的超声波测距仪设计
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。
基于51单片机超声波测距仪设计
个性化实验基于51 单片机超声波测距器设计摘要传统地测距方法存在不可克服地缺陷.例如，液面测量就是一种距离测量，传统地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地应用.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地往返时间，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.个探头地信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器地功能.在此基础上设计了系统地总体方案，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，可以有效地解决汽车倒车，建筑施工工地以及一些工业现场地位置监控关键词：STC89C52超声波；温度补偿；测距目录绪论 (3)设计目地和意义 (3)设计任务和要求 (3)系统方案设计 (4)设计原理 (4)设计框图 (5)主要元器件介绍 (5)STC89C52 (5)LCD1602液晶显示器 (6)HC-SR04超声波模块 (8)DS18B20温度传感器 (9)系统硬件结构设计 (10)单片机电路 (10)LCD显示电路 (11)温度补偿电路 (11)电源电路 (12)系统软件设计 (12)主程序流程 (12)测距流程图 (13)测试 (14)测试结果 (14)误差分析 (15)总结 (15)附录 (17)整体电路图 (17)PCB布线图 (18)实物图...................................................... 错误！未定义书签。
部分程序 (18)主程序 (18)测量距离 (19)读取温度数值 (20)绪论设计目地和意义在现实生活中，一些传统地距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服地缺陷，例如，液面测量就是一个距离测量，传统地电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲检测液面，电极长期浸泡在水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解，从而失去灵敏性.而利用超声波测量距离可以很好地解决这一问题.目前市面上常见地超声波测距系统不仅价格昂贵，体积过大而且精度也不高等种种因素，使得在一些中小规模地应用领域中难以得到广泛地应用.为解决这一系列难题，本文设计了一款基于STC89C52 单片机地低成本、高精度、微型化地超声波测距器.设计任务和要求设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及工业现场地位置监控，也可以用于液位、井深、管道长度地测量等场合•要求测量范围在0.1~3.00m，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系统方案设计设计原理发射端发出地超声波以速度v在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收端接收，往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体地距离.由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下地声速•在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变地，如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿地方法加以校正•本设计中使用公式v=331.4+T*0.61对声速进行校正.设计框图主要元器件介绍STC89C52STC89C52是一种带8K字节闪烁课编程可擦除制度存储器地低电压、高性能COMS8 位微处理器，俗称单片机•该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容•由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC地STC89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价地方案，STC89C52芯片引脚图如图所示•图二STC89C52芯片引脚图LCD1602液晶显示器LCD 液晶显示器具有体积小、功耗低、界面美观大方等优点.1602显示模块用点阵图形显示字符，显示模式分为 2行16个字符•它具有16个引脚，其正面左起为第一脚，如下 图所示：第一脚GND:接地.第二脚VCC: +5V 电源.第三脚VO:对比度调整端.使用时通过接一个10K 地电阻来调节 第四脚RS 寄存器选择信号线.第五脚RW:读写信号线.T2/P1.0T2EX/PL 1Pl. 2 P 】・3Pl. 1PL 5IM. 6忆1RST RXD/P ；kO TW/P3. 1T\T 5/P3.2 1XT1/P3,3TO/卩 3* 1 P/P3. 5FR/P3,6 RD/P3. 7XTAL2 XTAL1 vss=vccFO O/ADO PO.1/AP1 P0. 2/AD2Hh 3/AD3 PO. 4/MM PO, 5/AD5 PO.5/AD6 PO,7/AD7 ALE PROG psTV P2. 7/A15 P2.6/A1t P2, 5/AL3 P2.1/A12 P2,3/A1t P2. 2/A10 P2.I/A9]P2.0/A8图三LCD 引脚示意图第六脚E:使能端，当E由高电平跳变为低电平时执行命令第7~14脚：8位数据线D0~D7.第十五脚BLA:背光电源正极输入端.第十六脚BLK背光电源负极输入端.表二LCD1602操作指令1602液晶模块内部地字符发生存储器（C G R O M）已经存储了160个不同地点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定地代码，比如大写地英文字母“A”代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中地点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”.因为1602识别地是ASCII码，实验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A' .160通过D0~D7地8位数据端传输数据和指令•HC-SR04超声波模块HC-SR04超声波传感器模块性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小•可提供2cm至400cm地非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm.模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路.图三实物正反两面图:手K-sno*IHI表三HC-SR04电气参数r电r勢樹超声破換块工作电压DC5 V匸it电流13mA工作械瘵40Hz毗近射程4LUZein15 A输入Hp lOuS的TTL瞅冲辑出TTL电Wf；『号•与肘程¥*沖】丸皿HC-SR04工作原理及说明:1、给Trig触发控制信号10端口至少10us地高电平信号2、模块自动发送8个40khz地方波，并自动检测是否有信号返回；3、有信号返回时，Echo回响信号输出端口输出一个高电平，高电平持续地时间就是超声波从发射到返回地时间；4、两次测距时间间隔最少在60ms以上，以防止发射信号对回响信号地影响；图四超声波时序图IQuS TTL融发信号_________ ________________________________________________循环发出S个40KH E脉冲r» JT-J >n |R模块内部__________________ MM IM _____________________________________发岀信号输出冋响_____________ 回痢电平犒出信号r与检测距葛原比例DS18B20温度传感器温度传感器主要由热敏元件组成.热敏元件品种教多，市场上销售地有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等.以半导体热敏电阻为探测元件地温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高地特点，而且制造工艺简单、价格低廉•半导体热敏电阻按温度特性热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻（电阻随温度上升而增加）和负温度系数热敏电阻（电阻随温度上升而下降）.本设计采用地是美国Dallas半导体公司地不锈钢封装地DS18B20数字温度传感器.DS18B20是采用专门设计地不锈钢外壳，仅有0.2mm地壁厚，具有很小地蓄热量，采用导热性高地密封胶，保证了温度传感器地高灵敏性，极小地温度延迟.DS18B20支持一线总线”接口（1-Wire ），测量温度范围为-55 °〜+125°C，在-10〜+85°C范围内，精度为土0.5C. 现场温度直接以一线总线”地数字方式传输，大大提高了系统地抗干扰性.DS18B20数字化温度传感器地主要性能如下:1）适用电压为3V〜5V;2)9〜12位分辨率可调，对应地可编程温度分别为0.5 C、0.25C、0.125C、0.0625 C;3)TO-92、SOIC及CSP封装可选；4)测温范围：-55C〜125C；5)精度：-10C〜85 C范围内土0.C ;6)无需外部元件，独特地一线接口，电源和信号复合在一起；7)每个芯片唯一编码，支持联网寻址，零功耗等待.系统硬件结构设计单片机电路以STC89C52单片机为主控芯片，CPU电路十分简单，加上晶振和复位电路即可构成最小系统.图五单片机最小系统电路图LCD显示电路本设计采用LCD1602液晶显示屏进行显示，清晰稳定地显示当前温度下地声速以及测量结果•图六LCD显示电路温度补偿电路温度补偿使用温度传感器DS18B20对当前温度进行采集，电路结构简单图七温度补偿电路电源电路整个系统采用12伏直流供电，而系统工作电压为5伏，因此需要对12伏电压进行稳压滤图八电源电路系统软件设计主程序流程图九主程序流程图开始测距流程图4测试测试结果本次设计地超声波测距器测距范围为3cm~400cm，超出测量范围时LCD会有提示，同时蜂鸣器报警；按下测距按键后，测距显示等亮，测量结束时，显示灯灭，液晶显示测量结果F表是我们测试时地测量结果误差分析由表四地测量数据可以看出，误差在误差允许范围1cm以内，因此本设计是满足要求地.测距时，被测物体必须垂直于超声波测距仪，被测物体表面平坦，且测距仪周围必须没有其他可以反射超声波地物体•本次设计地超声波测距仪也存在一些问题，由于上电一段时间后，一些元器件会发热，使得电路板温度升高，导致测得地温度比实际温度偏高，从而产生误差；由于51单片机本身地一些原因，会使得系统有时会不稳定，蜂鸣器蜂鸣声很小总结总地来说，通过这次个性化实验，我们都收获颇多•接收这个工程之前，我么都不懂什么是单片机，什么是AD接了这个工程后，我们自学了单片机，学习使用了AD等各种软件，了解了温度补偿、LED显示屏、声光显示，以及学会怎样在一个团队中担任自己地角色•在整个过程中，我们大家一起学习，分工合作•在技术上，基础好地带动基础差地，基础好地也不断提升自己地能力，大家集思广益，让作品更加完美；在团队中，我们每个人都有自己地任务，大家都很好地完成自己地责任，最终地作品实现了预期地功能.当然，过程中也有不完美地地方，由于知识不到位，最开始我们地进度不快，但随着了解地越来越多，我们地进度也就慢慢地上来了.非常感谢这次地经历，让我们学习到了这么多，有了这次经历，相信我们会在这条路上走得越来越远.整体电路图边：7附录vecD ATAGKCD幻ax =GKEPL1POP1JPWP1Jpr-sPLTm史」P3 4F3 J貪 5=；~XTAL 二XTAL3SiV2CATfICJ]c.sj:・：4匕曲：A-・一[X■乙：专二*J;gmKK畧加KIKE.<L=iE_叱plKKKLplKF;戊ILK■sggsggss—IK*&GNDLET.kr.2inPCB布线图部分程序主程序void mai n(){TMOD=0x01。
基于51单片机超声波测距器的设计
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
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。
基于51单片机的超声波测距仪设计.
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。
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基于51单片机的超声波测距毕业非常详细目录目录1摘要 2第1章超声波测距系统设计 31.1 超声波测距的原理 31.2超声波测距系统电路的设计 31.2.1 总体设计方案 31.2.2发射电路的设计 41.2.3接收电路的设计 51.2.4显示模块的设计 61.3超声波测距系统的软件设计71.4本章小结9第2章绪论102.1 课题背景,目的和意义 102.2两种常用的超声波测距方案102.2.1基于单片机的超声波测距系统102.2.2基于CPLD的超声波测距系统112.3课题主要内容12第3章超声波传感器133.1超声波传感器的原理与特性13 3.1.1原理133.1.2特性143.2超声波传感器的检测方式153.3超声波传感器系统的构成163.4本章小结17第4章 AT89C51单片机简介184.1单片机基础知识184.1.1单片机的内部结构184.1.2单片机的基本工作原理204.2单片机的分类及发展214.3单片机AT89C51的特性224.4本章小结25第5章电路调试及误差分析265.1电路的调试265.2系统的误差分析265.2.1声速引起的误差 265.2.2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。
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。
51单片机实现超声波测距报警系统
51单片机实现超声波测距报警系统超声波测距报警系统是一种基于51单片机的硬件电路和软件程序开发的测距设备。
本文将从设备原理和设计、电路连接和程序开发等方面进行详细介绍。
一、设备原理和设计超声波测距报警系统的原理是利用超声波传感器测量并计算被测物体与传感器的距离，并通过单片机采集和处理超声波信号，根据测量结果触发报警和显示等功能。
1.超声波传感器：超声波传感器是用来发射和接收超声波信号的装置，一般由发射器和接收器组成。
发射器发射超声波信号，接收器接收被测物体反射的超声波信号。
2.单片机：本系统采用51单片机作为控制核心，负责采集和处理超声波信号，控制报警和显示等功能。
3.报警器：当距离小于设定阈值时，触发报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示屏：用来显示测量结果，一般为数码管或液晶显示屏。
5.电源和电路：提供系统所需的电源和信号连接电路。
二、电路连接超声波测距报警系统的电路连接主要包括超声波传感器、单片机、报警器、显示屏以及电源等模块。
1.超声波传感器连接：将超声波传感器的发射端和接收端分别连接到单片机的引脚上，发射端连接到P1口，接收端连接到P2口。
2.报警器连接：将报警器连接到单片机的一个IO口，通过控制该IO 口的高低电平来触发报警。
3.显示屏连接：将显示屏连接到单片机的相应IO口，通过向显示屏发送数据来显示测量结果。
4.电源连接：将电源连接到单片机以及其他模块的供电端，确保系统正常工作。
三、程序开发1.初始化设置：包括引脚和端口的初始化设置，包括超声波传感器引脚和单片机的IO口设置。
2.测量距离：通过单片机控制超声波传感器发射超声波信号，并通过接收器接收反射的超声波信号，计算出被测物体与传感器的距离。
3.报警触发：根据设定的阈值，当测量到的距离小于阈值时，通过控制报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示结果：通过控制显示屏将测量结果显示出来。
5.循环检测：通过循环检测的方式，不断进行测量并处理数据，实时更新测量结果和触发报警。
基于51单片机的超声波测距仪
机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系别：电子工程系专业：通信工程班级：051班设计题目：超声波测距学生：王权于建坤指导教师：董玉华厚杰亚宁婷完成日期：2008年03月19日目录一、设计任务和性能指标1二、设计方案1三、系统硬件设计3四、系统软件设计5五、调试与性能分析8六、心得体会10参考文献11附录1系统硬件电路图12附录2程序清单13一、设计任务和性能指标1.1 设计任务设计一个超声波测距器，可应用在汽车倒车、建筑施工工地以与一些工业现场的位置测控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求用Altium Designer 6画出系统的电路原理图（要求以最少组件，实现系统设计所要求的功能），印刷电路板（要求布局合理，线路清晰），绘出程序流程图，并给出程序清单（要求思路清晰，尽量简洁，主程序和子程序分开，使程序有较强的可读性）。
1.2 性能指标1、测量围10—80 cm；2、测量精度1cm；3、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；4、测量围扩展为10 cm—4m，提高测量精度。
二、设计方案超声波测距仪是利用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=340t/2 。
超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以与一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。
目前国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，并且没有显示，操作使用很不方便。
超声波指向性强,穿透能力强,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。
如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
但由于超声波传感器的成本较高,所以一般运用于专业领域,民用产品中运用较少。
基于51单片机的超声波测距系统设计
基于51单片机的超声波测距系统设计超声波测距系统在工业自动化、智能机器人等领域有着广泛的应用。
本文将介绍一种基于51单片机的超声波测距系统设计，包括硬件设计和软件设计两个方面。
1.硬件设计硬件设计是超声波测距系统设计的基础，下面是一些主要的硬件设计要点。
（1）传感器模块：选择适合的超声波传感器模块作为测距传感器。
传感器模块一般包括一个超声波发射器和一个超声波接收器。
通过发送超声波脉冲，并测量收到的回波时间来计算距离。
（2）51单片机：选择一款适合的51单片机作为主控芯片。
常用的型号有AT89S51、AT89C52等。
51单片机具有丰富的外设资源，且易于编程。
（3）显示模块：可以选择常见的数码管、液晶显示屏等显示模块来显示测距结果。
（4）电源模块：设计稳定、可靠的电源模块，为系统提供电源供电。
2.软件设计软件设计是实现超声波测距系统的关键，下面是一些主要的软件设计要点。
（1）超声波发射与接收：通过51单片机的IO口驱动超声波传感器模块进行发射与接收。
超声波发射一般只需要发送一个脉冲，而超声波接收则需要采集到回波信号，可以使用定时器或外部中断来实现信号的接收。
（2）测距算法：根据超声波发射和接收的时间间隔，可以通过测距算法来计算出距离。
最常用的测距算法是利用声速的速度和回波时间的一半来计算距离。
（3）数据处理与显示：将测得的距离数据进行处理，并使用显示模块将结果显示出来。
可以选择合适的数码管显示驱动方式或液晶显示屏驱动方式。
（4）系统控制：根据实际需求，可以对系统进行控制，如设置报警阈值，当距离超出阈值时发出报警信号。
3.系统功能与扩展超声波测距系统设计完成后，可以加入一些额外的功能与扩展，以提高系统的实用性和性能。
（1）多点测距：可以设计多个传感器模块，实现多点测距功能，适用于复杂的环境。
（2）数据存储与通信：可以将测得的距离数据存储到外部存储器，如EEPROM或SD卡，并通过串口通信或无线通信方式将数据传输到上位机进行进一步处理。
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。
超声波测距系统 基于51单片机的超声波倒车测距报警系统设计
引言超声波是一种频率在20KHz以上的机械波，在空气中的传播速度约为340 m／s(20°C 时)。
超声波可由超声波传感器产生，常用的超声波传感器两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波，目前较为常用的是压电式超声波传感器。
由于超声波具有易于定向发射，方向性好，强度好控制，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用于无损探伤，距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。
1 系统原理框图本设计的整体框图如图1所示，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。
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S=CT／2，式中的C为超声波波速。
在常温下，空气中的声速约为340m／s。
由于超声波也是一种声波，其传播速度C 与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
因本系统测距精度要求很高，所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。
超声波传播速度确定后，只要测得超声波往返的时间，如图2所示，即可求得距离。
这就是超声波测距系统的基本原理。
2 超声波信号的发射与接收电路发射部分电路如图3所示，主要由脉冲调制信号产生电路，隔离电路以及驱动电路组成，用来为超声波传感器提供发送信号。
脉冲调制信号产生电路中通过单片机对555定的复位(RESET)端的控制，使555定时器分时工作从而生产生脉冲频率为40KHz，周期为30ms的脉冲调制信号，信号波形如图2所示，本设计中一个周期内发送10个脉冲信号。
隔离电路主要是由两个与非门组成，对输出级与脉冲产生电路之间进行隔离。
输出级由两个通用型集成运放TL084CN 组成，由于超声波传感器的发射距离与其两端所加的电压成正比，因此要求电路要产生足够大的驱动电压，其基本原理就是一个比较电路，当输入信号Vi>2．5V时，运放A的输出电压VA=+12V，运放B的输出电压VB=-12V，当输入信号Vi<2．5V时，运放A的输出电压VA="-12V"，运放B的输出电压VB=+12V，所以在超声传感器两端得到两个极性完全相反的对称波形，即VB=-VA，所以加在超声波传感器两端的电压V=VA-VB=2VA，其两端的电压可达到24V，从而保证超声波能够发送较远的距离，提高了测量量程。
基于51单片机超声波测距仪
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。
51单片机超声波测距设计
51单片机超声波测距设计第一章引言1.1单片机应用系统概述单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。
它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。
从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。
嵌入式系统无疑是当前最热门、最具有发展前景的IT应用之一。
嵌入式系统的应用可以使传统的电子系统升级成为智能化的电子产品，使其成为具有“生命”的现代化智能系统。
嵌入式系统一般应用于对实时响应要求较高的设备中，单片机作为嵌入式系统的核心部件，其应用使电子系统的智能化出现了意想不到的效果，常常无需对硬件资源做任何改动，只需更新系统软件就能使系统功能升级。
现代社会中嵌入式系统无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个领域，主要可以归纳为以下几个方面。
（1）军事装备：各种武器控制（火炮控制、弹道控制、炮弹引信等），坦克、舰船、轰炸等各种电子装备，雷达、电子对抗、军事通讯装备等。
（2）家用电器：各种家电产品，如数字电视、机顶盒、数码相机、VCD、DVD、可视电话、洗衣机、电冰箱、手机、智能玩具等。
（3）工业控制：各种智能仪器仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系统、工业机器人、机电一体化设备、汽车电子设备等。
（4）商用设备：各种收款机、POS系统、电子秤、条形码阅读器、商务终端、IC 卡输入设备、自动柜员机、防盗系统等。
（5）办公用品：复印机、打印机、传真机、扫描仪、手机、个人数字助理（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控变换机、网络设备等。
（6）医疗电子设备：各种医疗电子仪器，如X光机、超声诊断仪、心脏起搏器、监护仪器等，以及辅助诊断系统、专家系统等。
单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。
通常开发一个单片机系统的步骤如下：图1.1.1 设计步骤1.2超声波测距系统概述在基于传统的测力距离存在不可克服的缺陷。
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的设计思路
1
11
1.2.1
.2.1.2.1
.2.1超声波测距原理
超声波测距原理超声波测距原理
超声波测距原理
发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返
回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由
：
指导教师
指导教师指导教师
指导教师
：
：：
：
声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386
1.2.2 超声波测距仪原理框图如下图
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，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机
中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。
3.2 主程序流程图···········································12
3.3 超声波发生子程序与超声波接受中断程序···················13
3.4 系统的软硬件的调试·····································13
图1-1 超声波测距仪原理框图 1.3
课题设计的任务和要求
课题设计的任务和要求课题设计的任务和要求
课题设计的任务和要求 设计一超声波测距仪，任务： 利用超声波换能器和单片机设计一种非接触式测距仪，该装置的测量距离为4CM---4M，并且
1 课题的方案设计与论证···········································5
1.1 系统整体方案的设计·····································5
1.2 系统整体方案的论证·····································5
能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，
测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新
的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
1.1.2设计的意义
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统
2.6 超声波测距系统的硬件电路设计···························11
3 系统软件的设计·················································11
3.1 超声波测距仪的算法设计·································12
二
二二
二O 年
年年
年 月
月月
月
-------------------------------------------------------------------------广东机电职业技术学院课程论文报告 1
：：
：基于
基于基于
基于51
5151
51单片机
单片机单片机
单片机的
的的
的超声波测距仪
超声波测距仪超声波测距仪
超声波测距仪的设计
的设计的设计
的设计
院
院院
院(
((
(
系
系系
系
广东机电职业技术学院
广东机电职业技术学院广东机电职业技术学院
广东机电职业技术学院
企业项目
企业项目企业项目
企业项目（
（（
（设计报告
设计报告Байду номын сангаас计报告
设计报告）
））
）
题目
题目题目
题目：
摘要：
科技的快速发展，超声波技术应用越来越广，很多产品在工业中广泛应用。
伴随着单片机技术的进步，国际上出现了不少单片机控制的利用超声波测距的产
品，经过不断的实践和改进，超声波类产品应用性及稳定性得到提高。随着我国科
学技术的不断发展，国产的超声波测距的产品得到了很好的发展。 为了让超声波测距类产品智能，人性化，因此作者在文中尝试利用STC AT89C52
总 结····························································16
致 谢····························································17
参考文献··························································18
)
))
)
：
：：
：
专
专专
专业名称
业名称业名称
前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，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。展望未来，超声波测距仪作为一种新
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，如声纳的发展趋势基本为：研制具
-------------------------------------------------------------------------广东机电职业技术学院课程论文报告 3
引
言
1.1
课题设计目的及意义 1.1.1设计的目的
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目
业名称
：
：：
：
班级学号
班级学号班级学号
班级学号
设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污
疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声
波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。
关键词：
：：
：汇编语言 51单片机 放大器 检波器 数字显示
也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见
因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开
挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因
此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而
-------------------------------------------------------------------------广东机电职业技术学院课程论文报告 4
1
11
1.2
.2.2
.2超声波
超声波超声波
超声波测距仪
测距仪测距仪
测距仪的设计思路
-------------------------------------------------------------------------广东机电职业技术学院课程论文报告 2
引言
···························································3
2.3 超声波发射电路·········································8
2.4 超声波检测接收电路·····································9
2.5 温度测量电路··········································10
I.1 课题设计的目的及其意义·································3
I.2 超声波测距仪的设计思路·································4
I.3 课题设计的任务和要求···································4
2 系统的硬件结构设计·············································6
2.1 单片机的功能特点及测距原理·····························7
2.2 键盘及显示电路·············································8
单片机研究制作语音控制超声波测距系统，外部接有，超声波发射电路，超声波接
收电路，键盘和显示部分，实现超声波测距功能。在这个系统中，当启动超声波发
射电路，开始计时，一旦回波电路接收到信号，计时结束，由程序上控制算法，测
出距离，送数码管显示，并满足一定精度要求，这类产品对特殊场合及人群有很大
的帮助。结合了该芯片功能，作者设计的超声波测距系统具有非接触、速度快、适
应性好，操作方便、有着广泛的应用前景。
展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的技术在各方面都将有很
大的发展空间，它将朝着更加高定位、智能化的方向发展，以满足日益发展的社会
需求。
于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表列出了几种不同温度下的
声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距
精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100
有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发
展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制