单片机AT89C2051在超声波测距系统中的应用

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基于AT89C51单片机的超声波测距系统

ＭＩＡＮ
不同形状和位置的对象物，其回波波形大致相同，只是波幅不同。于是，该系统采用了变阈值鉴幅固定补偿法：ａ．采用微处理器闭环控制自动改变阈值。ｂ．在超声回波中鉴别其包络峰附近少于６个波的第一个波，形成关闭定时器的触发信号，并同时设置检测窗口。ｃ．计数检测窗口内的鉴别回波格式ｎ（鉴别回波＝窗口内鉴别回波数＋１）个。ｄ．判断ｎ的大小，若ｎ＞５，则减小鉴别规定阈值，转到ｂ．重新检测，若≤５，则从先验的固定补偿值表中取出与ｎ相对应的补偿值进行修正。其鉴别回波提取及补偿时间表示如图２所示。
超声波测距原理
超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于共振法的应用要求复杂，在这里使用脉冲反射式。超声波测距原理是通过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反射来，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ｃ，而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差ｔ，就可以计算出发射点距障碍物的距离Ｓ，即：Ｓ＝ｃｔ／２。这就是所谓的时间差测距法。
ｔ′
ｔ
Δｔ
１
２
初始化采样回放峰值加权给定鉴别阈值采样温度计算声速
增大鉴别阈值给定
Ｙ
等待开始计时标志按时间自动改变增益
减小鉴别阈值给定
收到回波？
Ｎ
Ｙ
ｎ＞５？
Ｎ补偿值修正数据处理
计算距离输出显示
Ｔ０
到５ｓ？
Ｎ
３
４
Ｙ
图３主程序框图
图２鉴别回波的提取与补偿时间表示１—超声回波２—鉴别阈值３—鉴别窗口４—鉴别回波
由于超声波也是一种声波，其声速ｃ与温度有关，附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。

基于AT89C2051单片机的超声波测距系统设计

基于AT89C2051单片机的超声波测距系统设计作者：舒秀兰来源：《数字技术与应用》2013年第06期摘要：本文从超声波原理、硬件设计、软件设计方面介绍一个超声波测距系统的实现，并通过串口调试助手及示波器等辅助设备得到和验证实验结果。

经实验结果分析得出，该测距系统实现简单、成本低，具有较高的测距精度，有一定的社会使用价值关键词：超声波单片机物距测量中图分类号：TN802.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0159-021 超声波测距简介当音频的频率高于2KHZ超出人耳所能接受的声音频率范围时，我们称之为超声波。

超声波在空气中传播向性好，穿透能力强，不受光波、电磁波等的干扰，因此它常用于空气或水中进行物距测量、速度探测或是某些特殊功能如清洗消毒等，其在工程学、医学、生物学科等多个领域都有广泛应用。

在工程学中，利用超声波进行汽车防撞、液位测量、移动机器人定位和避障等方面物距的探索及测量的需求都很普遍。

2 超声波原理和测距方法2.1 压电式超声波传感器原理超声波发生器的工作原理通常被分为机械式和电气式作用产生二种。

本设计采用压电式（电气式）作用原理，具体步骤：首先发射器向外发射超声波，接着超声波在空气或水等介质中传播，当遇到障碍物后反射，形成回波，最后由接收器感测接收回波。

2.2 超声波测距方法3 超声波测距方案的实现3.1 硬件设计本文使用渡越时间法进行超声波测距，测控芯片选用的是89c2051单片机。

系统主要硬件设计包括稳压电路、超声波发射电路、超声波接收电路、以及测距显示电路。

另外还有一个串口调试电路，主要用作超声波测距的数据调试和显示。

工作过程描述：单片机的P3.3作为超声波发射控制端口，用于发射相关信号使发射电路起振从而发出超声波；超声波发出的同时、启动定时器计数，开始测量渡越时间；P3.2作为超声波接受控制端口，用于接收经障碍物反射的回波；一旦接收到有效回波信号，单片机的定时器立即停止计数得计数脉冲个数N并通过串口调试助手显示在电脑屏幕上，代入公式（2）计算可得出预测距离s，换算后的距离经由LCD1602实时显示。

基于AT89C2051的超声波测距系统

第33卷第11期应用科技V o.l 33,l .112006年11月A pp lied Science and T echno l ogyN ov .2006文章编号:1009-671X (2006)11-0011-04基于AT89C2051的超声波测距系统高川,谈振藩(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:介绍了利用超声波传感器实现的非接触式距离检测系统.该系统可以用于汽车倒车时的报警、液位和物位的非接触式测量.介绍了超声波传感器原理及系统各单元的设计.系统中采用了AT89C2051型单片机作为主控制器.把一种直流电机P WM 调速芯片应用到此系统中,使得控制方法简便,应用范围增强,同时可以利用单片机设定距离值和输出控制信号.最终距离用串行方法在数码管上显示出来,可以直观地查看距离值,以实现测距、显示、输出控制信号的功能.关键词:单片机;超声波;L293;测距中图分类号:T P274.53 文献标识码:AAn ultrasonic distance m eas ure m ent syste mbased on AT 89C 2051m icroco mputerGAO Chuan ,TAN Zhen -fan(Co llege of A uto m ation ,H arb i n Eng i nee ri ng U niversity ,H arb i n 150001,Ch i na)Abst ract :A d istance m easure m ent dev ice usi n g ultrason ic sensors is presented wh ich can be used as astern alar m or non -contactm easuri n g dev i c e for liqu i d leve l and object position .The design of each unit o f the syste m and t h e pr i n ciple of ultrason ic sensors has been descri b ed i n deta i.l The syste m utilizesAT89C2051m icroco m puter asm a j o r contro ller .ADC m o tor P WM velocity regu lati o n ch i p is used i n this syste m,m aking the contr o lm ethod si m pler and app lication range w ider .The distance and outpu t control si g na l can be set up by M C U.The m easured distance can be d isplayed on LED.H ence ,the functions of d istance m easure m en,t d isp lay ,and control si g na l output have been achieved .K eywords :m icroco m puter ;ultrasonic sensor ;L293;distance m easure m ent 收稿日期:2006-06-26.作者简介:高川(1983-),男,本科,主要研究方向:导航制导与控制;谈振藩(1942-),男,教授,主要研究方向:导航制导与控制,E-m ai:l tanzhen f an@h .非接触式的距离测量在工业中有广泛的应用:机器人视觉系统中对距离的测量,汽车倒车雷达系统及液位、物位的检测系统等.有鉴于此,设计了基于超声波传感器的测距控制系统,以实现距离的测量和显示,并能输出控制信号及实现和上位机的通信.与以往类似系统不同的是:本设计采用了一种直流电机P WM 调速芯片作为超声波发射驱动电路.其优点是:电路简单,易于控制,而且对于不同电压峰值要求的超声波传感器,可以改变其供电电压值.显示部分采用一种串行通讯芯片驱动数码管,以节约单片机I O 口的使用数量和提高数码的显示的质量.因此,系统应用灵活,实用性强,其模块化设计可嵌入到不同的系统中.1 超声波测距传感器超声波传感器是一种换能器,它把电能或机械能转换成声能.本设计采用压电式超声波换能器,它是利用压电晶体的谐振来工作的.该传感器有2个压电晶片和1个共振板,当其两极外加脉冲信号,且频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波.如果两极间不加电压,当共振板接收到超声波时,声波将迫使压电晶片振动,使机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器[1].每个传感器的中心频率都存在一定的误差,在40kH z 左右波动.而且超声波传感器发射波束时存在发散角问题,一般发散角都比较大,从而导致了方向性较差.同时,随着传播距离的增大,在不同的发散角上信号衰减的程度也有变化.它在空气中的发散角及耗散性如图1所示[2-3〗.图1 发散角与耗散性采用反射式超声波测距的原理是:当单片机控制超声波传感器向某一方向发射波束的同时,单片机内部开始计时.在传播过程中,超声波遇障碍物后反射回波.传感器接收到第一个反射波后,停止计时.由于超声波在空气中的传播速度是340m /s ,根据计时时间及公式S =340t /2,即可得到发射点距障碍物的距离S .2 系统总体方案设计超声波测距系统包括4个部分,即①发射电路中振荡器驱动控制电路;②接收电路中模拟放大、滤波、信号调制电路;③数码管显示电路;④单片机系统及其串口输出、控制信号输出、按键输入部分.其方框图如图2所示.图2 系统原理框图3 硬件电路设计3.1 超声波发射单元超声波发射单元包括振荡电路和驱动电路.振荡电路是由反相器CD4069组成的非对称式多谐振荡器,它产生40kH z 的方波脉冲电路如图3所示.电路中G 2输出的电压由于R f 的调节,可以改变输入到G 1输入端的相位.当相位达到同相时,G 1和G 2实现正反馈,G 1和G 2就成了稳定的振荡器.振荡周期公式为T =2.2@R f @C .因为CD4069为C MOS 结构,所以逻辑门前的电阻R p 为G 1的保护电阻.当R p 足够大时,G 1的输入电流可忽略不计.由于超声波换能器中心频率都有偏差,所以P f 采用电位计,可以调节到最佳谐振点,这也是不用单片机产生方波的原因.电路中Z 1,Z 2同时得到相位相反的2路控制脉冲,提供给驱动电路[2].驱动控制电路如图4所示.它采用了L293型直流电机P WM 调速芯片,它内部的H 桥电路可以产生相位相反的两路脉冲.驱动电路的直流电源电压可以改变,以适应不同传感器对电压的要求.振荡电路中产生方波的Z 1、Z 2端,分别接到驱动电路I N 1,I N 2端.控制输出电路中E N 端为输出使能端,它接到单片机的P1.7端口,该端口精确输出高电平时间来控制发射方波的个数.这在设计上使得控制和方波产生相对独立,从而使得电路简单、控制精确、易于调试.图3 振荡电路图4 驱动电路3.2 超声波接收单元超声波接收单元中包括:模拟放大、滤波电路、电平转换电路,如图5所示.模拟放大器选用高精度仪用放大器L M 318作为信号放大与滤波之用,它的单位增益带宽为15MH z ,超出音频范围能够满足40k H z 的要求[5].在放大电路的负反馈回路中接入电容C 1构成低通滤波器.电容的选择可由公式f =1/2P R f C 求出,式中f 0为采用的超声波频率,R f 为第一级的#12#应用科技第33卷反馈电阻.因为多谐振荡器中有高频分量噪声,所以通过低通滤波器将高频噪声滤掉.经过2极放大后,通过电容耦合,信号与参考电压比较产生高低电平,提供给单片机产生中断.参考电压设定为1V 左右,以提高灵敏度.第2个比较器仅起反相作用[6].图5 接收电路3.3 数码管显示电路数据显示采用串行接口LED 显示驱动管理芯片MC14489,它的输入端与系统CP U 之间只有3条I/O 口线相连.这3个端口是:使能端E NBLE 、时钟端CLOCK 、数据端DATA I N ,通过这3个端口写控制字和数据.更新显示寄存器的内容,需要传送3个字节的信息,更新配置寄存器的内容仅需要传送一个字节的信息.这种芯片可以显示5位数码管数据,本系统只用到了4位.驱动电压为5V,亮度调节通过Rx 端口与地之间连接的电阻来调节,电阻增大亮度减小.显示电路如图6所示.图6 显示电路3.4 单片机系统发射的超声波被调制成包含40kH z 方波的具有一定时间间隔的矩形波脉冲信号,其发射、接收脉冲工作时序图如图7所示.由单片机AT89C2051的P1.7口控制H 桥电路的使能端EN,送出40k H z 的超声波脉冲信号,其脉冲宽度及脉冲间隔均由软件控制.脉冲宽度约为125~200L s ,即在一个调制脉冲内包含5~8个40kH z 的方波.脉冲发送间隔取决于要求测量的最大距离.若在有效测距范围内有被测物体,则在后一次超声波束发出之前应当接收到前一次发射的反射波,否则认为前方无被测物体.因此,按有效测距范围可以估算出最短的脉冲间隔发送时间.例如:最大测距范围为10m 时,脉冲间隔时间t =2s /v =2@10/340U 60m s ,实际应取t \60m s .本系统为方便起见,选择脉冲间隔定时器为65m s [5].图7 发射和接收脉冲时序图3.5 串口输出MC14489可以通过和单片机串口进行通信,当显示面板离主控制板较远时,数据信号将会衰减,所以可通过串口来传输数据.3.6 按键输入本系统可以设定距离值,当大于或小于设定值时将发出控制信号.P1.5、P1.6输出高低电平,从而可以控制继电器等外部设备.由3个按键设定距离值:S 0的作用是进入和退出设定,S 1和S 2分别是向上加值和向下减值,每按一次加或减一厘米,由数码管输出显示.4 系统软件设计该系统软件采用8051汇编语言编写,主程序流程图如图8所示.AT89C2051单片机有2个外中断口,分别用于接收回波中断和按键输入中断,对应2个外中断子程序.此外,还用到了内部中断定时器T 0,它用于控制发送载波脉冲,如图9所示.T 0定时器65m s 产生中断一次,主要是发送载波脉冲和计数器清零.外中断0将在有下降沿触发时产生中断,用于读取定时器产生的计时值和使标志位置位.外中断1是按键输入中断,用于提供比较值来输出控制信号.S 0第一次触发为中断产生信号,再次触发则为输入确定信号.S 1和S 2按键是输入值增加和减少按键,它们通过判断对应的I O 口状态来确定是否输入[8].#13#第11期高川,等:基于AT 89C2051的超声波测距系统图8主程序流程图图9 各中断子程序流程图5 测试结果与分析超声波测距系统调试完成后,对系统进行了测试.在超声波换能器与较大平面(如墙壁面)法线方向一致时,量程为0.04~10m,测距盲区为4c m,分辨率为0.01m,最大测量误差[0.02m.因为超声波具有一定发散角,所以当在正前方和斜前方都有物体时,会以距发射器最近的物体作为探测目标.误差分析:限制该系统最大可测距离的因素包括:超声波的幅度、反射面的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度.接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离.测距误差主要来源于以下几个方面:①超声波波束对探测目标的入射角的影响;②超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系;③超声波传播速度对测距是有影响的.稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件,传播媒质的特性,如温度、压力、密度对声速都将产生影响.因此,为了准确地计算距离,应对声速加以修正,系统程序中采用了软件补偿措施[9].6 结束语介绍了一种超声波测距系统,采用单片机及专门设计的驱动和接收电路,通过超声波换能器,可以测量和显示0.04~10m 内的物体距离,分辨率可达到0.01m.这种测距系统可用于物面和液面测量,汽车倒车报警装置.硬件采用模块化设计,可以嵌入到其他系统中.参考文献:[1]刘迎春,叶湘滨.传感器原理设计与应用[M ].长沙:国防科技大学出版社,2004.[2]HERR INGTON D R.U ltrason ic range finder uses fe w co m-ponents [J].EDN,1999(6):23-26.[3]S H I R LEY P A.A n introduc tion to u ltrason ic sensi ng[J].EDN,1989(11):15-l 8.[4]阎石.数字电子技术基础[M ].北京:高等教育出版社,1998.[5]赵保经.中国集成电路大全集成运算放大器[M ].北京:国防工业出版社,1985.[6]谢红.模拟电子技术基础[M ].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2001.[7]罗耀华,孟繁荣,姚绪梁,等.单片机原理及应用技术[M ].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2005.[8]吕淑萍,张子迎,于立君,等.微型计算机原理与应用[M ].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2004.[9]苏炜,龚壁建,潘笑.超声波测距误差分析[J].传感器技术,2004,23(6):8-11.[责任编辑:张晓京]#14#应用科技第33卷。

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计0 引言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。

由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。

利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。

1 系统设计超声波测距的最远距离和分辨能力，不仅需要良好的换能器，也需要合理的驱动电路及回波探测电路。

对发射而言，为了使电能到机械能的转换效益最大，换能器必须工作在它的共振频率处。

对接收电路而言，为了使机械能到电能的转换效率最大，最佳工作点必须取在反共振频率处，在传感器系统中，发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。

同时，温度对声速有着较大的影响，温度补偿无疑是减少误差的很好方法。

本设计选用T40-16T／R超声波传感器，设计了一种以AT89C2051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。

为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。

有力提高了超声波测距系统的测量精度。

设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成，组成框图。

超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。

单片机在TO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。

2．1 超声波测距单片机控制系统单片机AT89C2051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。

用AT89C2051设计超声波测距仪

用AT89C2051设计超声波测距仪
超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。

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，并且没有显示，操作使用很不方便。

本文介绍一种以AT89C2051或GSM97C2051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。

实际使用证明该仪器工作稳定，性能良好。

1 超声波测距原理
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。

由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1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。

声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

这就是超声波测距仪的机理。

其系统框图如图1所示。

2 AT89C2051的功能特点
AT89C2051是一个2k字节可编程EPROM的高性能微控制器。

它与工业标
准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。

AT89C2051有以下特点：2k字节EPROM、128字节RAM、15根I/O线、2 个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振
荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率，同时。

最简单的基于AT89C2051单片机超声波测距系统设计报告..

AT89C2051单片机超声波测距系统设计题目：AT89C2051单片机超声波测距系统完成日期：2013年4月10日目录一、设计任务和性能指标 (3)1.1设计任务 (3)1.2性能指标 (3)二、超声波测距原理概述 (4)2.1超声波传感器 (5)2.1.1超声波发生器 (5)2.1.2压电式超声波发生器原理 (5)2.1.3单片机超声波测距系统构成 (5)三、设计方案 (6)3.1AT89C2051单片机 (7)3.2超声波测距系统构成 (8)3.2.1超声波测距单片机系统 (8)3.2.2超声波发射、接收电路 (9)3.2.3显示电路 (10)3.2.4报警声响电路单元 (11)四.系统软件设计 (12)4.1主程序设计 (12)4.2超声波测距子程序 (12)4.3超声波测距程序流程图 (14)4.4超声波测距程子序流程图 (15)五.调试及性能分析 (15)5.1调试步骤 (15)5.2性能分析 (16)参考文献 (16)附录一：基于AT89C2051单片机超声波测距系统电原理图 (17)附录二基于AT89C2051单片机超声波测距系统PCB图 (18)附录三基于AT89C2051单片机超声波测距系统焊接组装图 (19)附录四基于AT89C2051单片机超声波测距系统C语言原程序 (20)附录五附录:元件清单 (20)一、设计任务和性能指标1.1设计任务利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器，用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。

要求用Protel 画出系统的电路原理图，印刷电路板，绘出程序流程图，并给出源程序清单，元件清单，同时制作出实物。

1.2性能指标距离显示：用三位LED数码管进行显示（单位是CM）。

供电电压：DC 5V测距范围：25CM到 350CM之间。

误差：1%。

一路报警声响输出。

一路报警高低电平输出，报警时输出低电平。

二、超声波测距原理概述超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播。

基于AT89C51单片机超声波测距仪设计

基于AT89C51单片机的超声波测距仪的设计【摘要】AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

这次设计主要是利用AT89C51单片机、HC-SR04超声波传感器、蜂鸣器完成测距报警系统的制作，将AT89C51作为主控制芯片，利用超声波对物体的感应，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，AT89C51发出指令控制蜂鸣器报警。

【关键词】：AT89C51单片机、HC-SR04超声波传感器、蜂鸣器ABSTRACTAT89C51 is a low power consumption, high performance CMOS 8-bit microcontroller, tablet containing 4 k Bytes of ISP (In system programmable) can wipe again and again 1000 times of Flash memory read-only applications, device adopts high density of ATMEL company, nonvolatile storage technology, compatible with standard MCS - 51 structure, instruction system and 80 c51 pin chip integrates general 8-bit CPU and ISP Flash memory cell, AT89C51 is widely applied In many embedded control applications.This design is mainly made using AT89C51 SCM, HC-SR04 ultrasonic sensor, buzzer completed ranging alarm system,the AT89C51 as the main control chip,the use of ultrasonic sensing of object,the detected objects in front of the distance,then the MCU processing operations,and the set alarm distance to compare the value of judgment,when the measuring distance is smaller than the set value,AT89C51 sends out a command to control the buzzer alarm.【KEY WORDS】: AT89C51 Single chip microcomputer、HC-SR04 ultrasonic sensor、Buzzer目录一、绪论 (3)1.1课题研究背景及意义 (3)二、总体设计方案及论证 (3)2.1 总体方案设计 (3)三、硬件实现及单元电路设计 (4)3.1 主控制模块 (4)3.2 电源设计 (5)3.3 超声波测试模块 (6)3.4 超声波传感器原理 (6)3.5 测距分析 (7)3.6 时钟电路的设计 (8)3.7 复位电路的设计 (9)3.8 声音报警电路的设计 (10)3.9 显示模块 (10)四、软件设计 (10)4.1 主程序工作流程图 (10)五、总结 (12)六、参考文献 (13)附录 (14)附件1：原理图 (14)附件2：实物图 (15)一、绪论1.1课题研究背景及意义随着社会的发展，人们对于距离的敏感度越来越高，生活上对距离的感知也越来越敏感，因此测距仪也受到了极大的欢迎。

基于AT89C2051的超声波测距系统

信息技术与信息化开发与应用2006年第5期131基于AT89C2051的超声波测距系统U ltrason ic R ang ing Syste m Based on AT89C2051朱爱红* 朱宁文ZH U A i -hong ZH U N i ng -w en摘要本文介绍了一种基于AT89C2051单片机控制的超声测距系统的工作原理、系统构成和误差分析。

文章详细叙述了系统的硬件设计,并给出了系统软件设计程序流程图,通过误差分析,说明了其应用的实用性。

关键词超声波测距单片机视觉系统A bstrac t T his paper i ntroduces the operationa l pr i nc i ple ,syste m struct ure and e rror analysis o f u ltrason ic rang i ng sy stem based on AT 89C2051.It descri bes the hardwa re desi gn of t he syste m i n deta i,l and prov ices thepro cedura l fl ow chart o f so ft wa re desi gn .It can expla i n t he appli ed functi on o f the syste m through the error ana l y s i s .K eywords U ltrason i c rang i ng M CU V isua l syste m*山东神思电子技术有限公司济南 2501001 引言测距现状:目前一般都采用波在介质传播速度和时间关系进行测量。

常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。

激光测距。

这是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点,以实现高精度的计量和检测,如测量长度、距离、速度、角度等等。

超声波测距设计

摘要本文提出了一种适用于可移动智能机器人定位、测障及简单形体识别的实时、高精度超声测距处理方法。

介绍了以单片机实现该方法的超声测距系统，系统由AT89C2051单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。

利用微处理机控制单元(MCU microprocessor control unit)控制的超声测距仪的原理：由MCU控制时间计数，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和修正量的调整。

此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高和流程清晰等优点。

关键词：超声波；测距；换能器；单片机；温度补偿目录1 引言 12 超声波测距原理 12.1 超声波 12.2 超声波传感器 22.3 测距原理 22.4 温度补偿 33 AT89C2051的功能特点 43.1 主要性能参数 43.2 功能特性概述 43.2.1 空闲模式 43.2.2 掉电模式 54 系统硬件电路设计 54.1 单片机与各部分电路的接口 54.2 系统显示部分 54.3 超声波发射及驱动电路 64.4 超声波接收及过零检测电路 64.5 系统的温度补偿 74.5.1温度传感器DS18B20简介 74.5.2 DS18B20的内部结构 74.5.3 DS18B20温度传感器的存储器 74.5.4 DS18B20使用中注意事项 85 系统软件设计 85.1 系统初始化及主程序模块 95.2 脉冲信号发射模块 95.3 回波接收模块 95.4 距离计算模块 106 设计中遇到的问题及其解决方案 106.1 发射超声波的探头直接对接收超声波的探头的影响 10 6.2 超声波的传播速度随着温度的变化而变化 116.3 其它影响 11结束语 11参考文献 12附录（子程序） 13致谢 161 引言利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播，由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。

基于AT89C52单片机的超声波测距系统

因素：第一，要使 >) 导通；第二，要使经过三极管以后的电压与 #A5B,.( 的 ?& ! & 口相匹配。为了在实际应用时能得到合适的
参数，将 %))设计为最大阻值为 )% /! 的可调电阻，这样，适当调节 %))的阻值便可得到满足上述条件的电压信号。其他阻值参照一般常用比较电路依次确定为 %)( 4 )%% /!、%)& 4 ) /!、
图 ! 超声波发送电路
"!# 超声波接收电路
超声波接收电路包括三级回波放大电路以及电压比较整
形电路两部分，与超声波接收传感器 "#$%#&’ 配合使用，实现
超声波的接收功能。
(!&!) 放大电路及其参数的设计
当测量距离较大时，超声波的回波较弱，这时候就需要将
从测距系统的仿真结果来看采用二进制相移键控bpsk直序信号数字相关解调技术和基于最小均方算法的超声波接收信道自适应均衡器不仅可以克服本地载波相干解调相位偏移所带来的不利影响而且可以抑制多径信道噪声干扰和接收信道增益相位随机漂移对测量精度的影响从而提高了超声波测距系统的信噪比和分辨率
!""’ 年第’期
0*12 *34563，78*12 9:6 （#.))343 .? =31;,/01,) =,/>?,1*>+3 ,/9 !>*.7,*0./，@0/49,. (/0A3+-0*6 .? 5103/13 B "31;/.).46，@0/49,. $%%&%’，#;0/,）

基于AT89C2051的超声波测距系统设计

322012Radio Engineering Vo1.42No.8基于AT89C2051的超声波测距系统设计李培元(中国人民解放军92941部队，辽宁葫芦岛125000)摘要针对超声波测距方法中的相位检测法检测范围有限、声波幅值检测法易受反射介质和不同反射面影响的问题，提出了通过测量超声波往返时间进行测距的方法。

在对该方法工作原理进行简要介绍的基础上，设计了一种基于AT89C2051型单片机控制的超声波测距系统的硬件电路和软件控制程序，并对测试数据进行了分析。

实验结果表明，该系统运行正常，测距范围和测量精度均可满足大多数场合的非接触式短距离测距要求。

关键词单片机;超声波;测距;设计中图分类号TN802+.4文献标识码A文章编号1003－3106(2012)08－0032－03Design of Ultrasonic Distance Measurement SystemBased on AT89C2051LI Pei-yuan(Unit 92941，PLA ，Huludao Liaoning 125000，China )AbstractA distance measurement method by measuring the ultrasonic round-trip time is proposed to solve problems of ultrasonicdistance measurement method that the test range of phase test method is limited and the amplitude test method is easily affected by different reflect media and surfaces．On the basis of a brief description of work principle of the distance measurement method ，the hardware circuit and software program of ultrasonic distance measurement system is designed based on AT89C2051Single Chip Micyoco (SCM )，and the test samples are analyzed．The experimental results show that the system runs well ，and its measurement range and precision satisfy the requirements of non-contact short-distance measurement．Key wordsSCM ;ultrasonic ;distance measurement ;design收稿日期:2012-05-110引言超声波定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物的生存手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz 以上的机械波)，借助空气媒质传播，根据待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。

超声波测距系统中单片机的应用

3.2 信号滤波电路
从信号放大电路出来的声波带有一定的干扰，为了去除干扰信号，需要一滤波电路，信号滤波电路选用带通滤波器电路，使其中心频率为40kHz、带宽为2kHz,外加一过零比较器，使输出信号转化为方波信号。信号滤波电路见图5。
3.3 信号整形电路
从信号滤波电路出来的方波信号很不规则，故其后加一整形电路，整形电路由两级非门串联，并联一电阻组成，整形后再送单片机进行处理，信号整形电路见图6。
超声波测距系统中单片机的应用
引言
在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。视觉、红外、激光、超声波超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。由于超声波测距测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。
由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
2 超声波发射电路
超声波的中心频率为40kHz,该频率可以通过以下程序产生（部分源程序）：
2.1 超声波发射电路
超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz,同时启动单片机内部的定时器TMR1,开始计数。该门控信号每发射一个周期的波形，超声波就会发射10个完整的波形，这可由它们的频率得出。超声波的周期为1（40kHz）=01025ms,而门控信号的周期为1（4kHz）=0125ms。最后根据s=vt2求出障碍物与移动机器人的距离。当超声波接收头收到反射回来的超声波时，计数器停止计数，时间t可以根据计数器的计数与门控信号的周期求出。RA2口接RS触发器，RS触发器可以自动控制超声波的发射和停止。本系统的电路还包括人工复位电路，由单片机的MCLR引脚接S2来控制，超声波发射电路图见图2。

基于AT89C2051的汽车超声波防盗报警系统设计

本系统采用的单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１是一个低功
的报警功能随着汽车遥控钥匙系统的遥控器的上锁／
耗、高性能的ＣＯＭＳ８位微处理器，其指令集与
开锁而启动／解除。当有人非法进入车内时，报警器
ＭＣＳ－５１系列单片机兼容，具有１２８Ｂ内部ＲＡＭ、
延时２０ｓ后启动报警器，是为了防止车内有人无意
控制计算机硬件、生成代码质量高、使用方便等诸
按下遥控锁功能锁住车门而启动报警器，使蜂鸣器多优点。此系统采用模块化设计，由主程序、延
突然鸣响这种情况发生。另外，在这段时间内，报
时、中断处理等子程序模块组成。
警系统也在根据车辆的状态，将超声波报警器的敏
发出警报并及时切断汽车点火电路，防止汽车被盗。
２ＫＢＥＰＲＯＭ、５个２级中断源。工作电压范围在
４．２５～５．５Ｖ，工作频率取１２ＭＨｚ。本单片机的开发
１报警系统工作原理
应用系统具有语言简洁、可移植性好、表达能力
当使用遥控钥匙上锁２０ｓ后，报警器被启动。强、表达方式灵活、可进行结构化设计、可以直接
●投资小、成本低、利润高的致富项目详见插３广告●
《汽车电器》２００７年第２期１３
设计●研究
Ｄｅｓｉｇｎ●Ｒｅｓｅａｒｃｈ
低电平通过切断电路（图６）中的非门Ｕ２后变为高电平，使光耦Ｕ１导通，继电器的常闭触头断开，切断汽车点火电路。如果一切正常，程序处于循环等待中。

基于AT89C2051单片机的超声波测距系统设计

参考文献
［１］高洪志．ＭＣＳ一５１单片机原理及应用技术教程［Ｈ］．北京：人民邮电
出版社。２００９．
［２］赵亮，侯国瑞．单片机Ｃ语言编程与实例［Ｈ］．北京：人民邮电出版
社，２００３．［３１１６０２数据手册．［４］ＤＳｌ８Ｂ２０数据手册．［５］ＰＣＦ８５６３数据手册．［６］ＡＴ２４Ｃ６４芯片数据手册．
…
…
上接第１５９页
超声波所测距离。外部中断０接收由高到低的负脉冲，以检测回波信
分比计算；Ｐ为海水静压力Ｐａ【２】。
３超声波测距方案的实现
３．１硬件设计
号并采取相应动作。系统主程序流程：系统初始化一发送超波 ’ 子
返回１
４调试
４．１ＩＩＣ总线调试系统中ＥＥＰＲＯＭ芯片和ＰＣＦ８５６３实时时钟芯片均采用ＩＩＣ总线与单片机通信，在电路设计时采用两条Ｉ／０引脚分别与ＩＩＣ的ＳＣＬ和ＳＤＡ相连，在程序设计时首先根据两个器件的特性选定了总线的通信速率范围。４．２按键调试本系统中设计了４个按键。按键的功能在不同界面是复用的，这在程序设计上带来了一定的复杂度。最初按照设计阶段的方案进行编码，程序运行时按键功能并未完全实现，总会出现按键无响应和

毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的简易超声波测距仪的设计模板

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。

基于单片机的超声波测距设计说明书

摘要超声波是频率高于20KHZ的声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，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。

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，因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。

基于此,本次设计尝试使用AT89S52与HC—SR04模块来实现超声波的测量，结合外围电路模块实现距离显示及报警构成超声波测距系统.本次超声波测距系统由单片机计时及控制电路、超声波发射接收模块、测量距离显示电路、报警电路等部分组成。

详细介绍了超声波测距模块及AT89S52单片机的测距原理。

以HC-SR04超声波测距模块为核心实现超声波的发射与接收。

显示电路采用数码管以及三极管显示控制，报警电路由蜂鸣器与三极管组成。

整体电路结构简单，成本低廉，工作稳定，测量精度也达到实际应用要求.关键词：超声波测距单片机HC-SR04AbstractUltrasound is sound waves with frequency higher than 20KHz，it has strong directivity and consumes energy slowly, at the same time it spreads farther in the same medium。

Therefore ultrasound is often used for distance measurement, such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by it. Use of ultrasonic detection tends to be quickly, convenient and simple calculation, easy to do real-time control. In the measurement precision it can reach industry practical requirement。

单片机AT89C2051在超声波测距系统中的应用

基于AT89C51单片机的超声波测距系统

基于AT89C2051单片机的超声波测距系统设计

基于AT89C2051的超声波测距系统

AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计

用AT89C2051设计超声波测距仪

最简单的基于AT89C2051单片机超声波测距系统设计报告..

基于AT89C51单片机超声波测距仪设计

基于AT89C2051的超声波测距系统

超声波测距 设计

基于AT89C52单片机的超声波测距系统

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超声波测距系统中单片机的应用

基于AT89C2051的汽车超声波防盗报警系统设计

基于AT89C2051单片机的超声波测距系统设计

毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的简易超声波测距仪的设计模板

基于单片机的超声波测距设计说明书

超声波测距设计