基于AT89S51单片机的超声波测距系统的设计与研究
基于AT89C51单片机的超声波测距系统
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５ ｓ？
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
-3-
3.1
S 1 C V
R14
G
1
N
C
1
D
C
0
C
C
K 1
3
2
0
J
u
1
F
0.1uF
0.1uF
主控制模块
1
2
3
4
1
Y
2
1
M
V
蜂 鸣 器 报 警 模 块
C
超声波传感器 模块
C
主控制最小系统电路如图 2 所示。
P15 P14 P13 P12 P11 P10
P17
P16
P37
P36
P35
基于AT89S51单片机超声波测距仪器设计
软件部分
2、超声波发射模块：产生一定频率的超声波信号，并通过发射器发射出去。 3、超声波接收模块：接收反射回来的超声波信号，并进行预处理。
软件部分
4、距离计算模块：根据超声波的传播时间、速度等参数，计算两点之间的距 离。
5、系统主程序模块：循环执行以上各模块，实时更新测量结果并显示在屏幕 上。
实验研究
实验研究
为了验证本设计的正确性和可行性，我们进行了一系列实验研究。实验中， 我们采用标准距离块作为参考，对比本设计系统的测量结果和实际距离，以评估 测距精度和稳定性。实验结果表明，本设计的超声波测距系统在0.1~1.0米的距 离范围内的测距精度达到±1%，稳定性良好。
结论与展望
结论与展望
本次演示设计的基于AT89S51单片机的超声波测距系统，具有较高的测距精度 和稳定性。通过实验研究，验证了本设计的正确性和可行性。相比传统的测距方 法，本设计具有操作简便、实时性好、抗干扰能力强等优点。在机器人导航、自 动控制、测量等领域具有广泛的应用前景。
硬件部分
硬件部分
超声波发射器采用压电陶瓷晶体产生超声波，接收器采用高灵敏度的压电陶 瓷晶体接收超声波。信号处理模块包括AT89S51单片机、A/D转换器和显示模块。 单片机负责控制整个系统，A/D转换器负责将接收到的模拟信号转换为数字信号， 显示模块则负责实时显示测量结果。
软件部分
软件部分
软件部分采用C语言编写，主要包括以下几个模块： 1、系统初始化模块：对系统进行初始化设置，包括单片机、A/D转换器和显 示模块等。
参考内容
内容摘要
超声波测距系统的设计与研究：以AT89S51单片机为核心
引言
引言
超声波测距技术在许多领域都具有广泛的应用，例如机器人导航、自动控制、 测量等领域。超声波测距系统利用超声波的传播特性，测量两点之间的距离或者 物体的位移。本次演示以AT89S51单片机为核心，设计了一种超声波测距系统， 旨在提高测距精度和稳定性。
基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计
基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计学生姓名：所在系：专业名称：班级：学号：指导教师：基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计学生：指导教师：内容提要：咱们明白，当物体振动时会发作声音。
科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。
咱们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。
当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，咱们便听不见了。
咱们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的一起点都是一种机械振动。
其不同点是超声频率高，波长短，具有方向性强、能量集中、不受光和电磁波和粉尘等外界因素的干扰等优势。
因此，超声波可用于非接触测量，利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。
而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。
正由于如此，目前关于超声波精准测距的需求也愈来愈大，在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域具有普遍地应用。
另外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重腹地位。
本文要紧介绍基于AT89S51单片机，辅助以CX20206A红外接收专用放大电路，TCT40-10超声波传感器和数字化的温度传感器DS18B20设计的超声波测距仪。
测距原理采纳一样的方式：渡越时刻法TOF（time of flight）来测量物体与发声源的距离。
测量距离可能5m，测量精度约为0.01m。
关键字：超声波渡越时刻法 AT89S51 CX20206A TCT40-10 DS18B20AT89S51 MCU-BASED DESIGN OF ULTRASONICRANGE FINDERAbstract：We know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the sound frequency between 20 ~ 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20000 Hz or less than 20 Hz, we can’t listen it. We have higher than 20000 Hz frequency sound waves known as "Ultrasonic". The sound wave which we can listen and ultrasonic have the same essence, they are also a mechanical vibration. Their difference is that the ultrasonic have a high-frequency and a short wavelength, furthermore it is high directivity, concentrated energy, and free form light and dust, such as electromagnetic interference from external factors, etc. Therefore, ultrasound can be used for non-contact measurement, the use of ultrasound in the calculation of the measured objects and the transmission between the ultrasonic probe to measure the distance of the measured target without damage.This paper mainly introduces single-chip based on the AT89S51, auxiliary CX20206A infrared receiver to a dedicated amplifier and TCT40-10 ultrasonic sensor designed ultrasonic range finder. Ranging general principle of the method used: transit-time method TOF (time of flight) to measure objects with the sound source distance. Measuring the distance about 5m, the measurement accuracy of about 0.01m.Key words：ultrasonic time of flight ultrasonic-sensor AT89S51 CX20206A TCT40-10 DS18B20目录一、引言............................................................................................................ 错误!未定义书签。
基于AT89C51单片机的超声波测距仪的系统设计
摘要本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理：由AT89C51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的调整，用四位LED数码管切换显示距离和温度。
整个硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、显示电路等模块组成。
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，给出了系统构成、电路原理及程序设计。
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。
实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。
关键词：AT89C51，超声波，温度补偿，测距AbstractThe design introduces the principle of the ultrasonic distance measurement instrument based on SCMC-controlled: AT89C51 controls timers to produce the ultrasonic wave pulse and time,count the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,thus obtains the measured distance.And the temperature compensation adjustment is used in the data processing, with four LED nixie tubes display distance or temperature by switching.The entire hardware circuit is composed by ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the power circuit, display circuit, and other modules. The probe signals are integrated analysised by SCMC to achieve the various functions of ultrasonic distance measurement instrument.Based on this has designed system's overall concept, final adoption of hardware and software to achieve the various functional modules. The relevant parts have the hardware schematics and process flow chart.It has given the system constitution, the circuitry and the programming. The instrument system has features: ease of control, stability of operation, highness of precision and distinctness of programme process ,etc. After the realization of the works can be used for needs of the various parameters measured distance applications.Keywords:AT89C51, Ultrasonic wave, Temperature compensation, Measure distans目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (1)第1章引言 (1)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的意义 (1)1.3 论文结构 (2)第2章超声波测距原理 (3)2.1 超声波简介 (3)2.2 超声波测距原理 (3)第3章方案论证 (5)3.1 设计思路 (5)3.2 系统结构设计 (6)第4章主要元件介绍 (7)4.1 单片机AT89C51 (7)4.2 超声波传感器T40、R40 (9)4.3 温度传感器DS18B20 (10)第5章硬件电路设计 (11)5.1 超声波发射电路 (11)5.2 超声波接收电路 (11)5.3 显示电路 (12)5.4 电源电路 (13)5.5 复位电路 (13)第6章软件设计 (14)6.1 主程序流程 (14)6.2 子程序设计 (15)6.2.1 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 (15)6.2.2 测温子程序 (17)6.2.3 距离计算子程序 (17)6.2.4 显示子程序和键盘扫描子程序 (18)第7章软件调试及系统仿真 (19)7.1 软件编译调试环境——Keil (19)7.2 系统仿真环境——Proteus (19)7.3 系统仿真 (19)7.4 误差及特性分析 (22)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录1 整体电路图 (26)附录2 程序 (27)第1章引言1.1 课题研究的背景人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。
基于AT89S51单片机的超声波测距系统设计_林二妹
第３１卷 第４期 陕西科技大学学报 Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．４ ２０１３年８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｕｇ．２０１３＊ 文章编号：１０００－５８１１（２０１３）０４－０１２７－０４基于ＡＴ８９Ｓ５１单片机的超声波测距系统设计林二妹（闽南理工学院，福建石狮 ３６２７００）摘 要：在分析超声波测距原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所要考虑的问题，详细介绍了以ＡＴ８９Ｓ５１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的设计方法，系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、易于做到实时控制，测量精度上达到了工业实用的要求．关键词：单片机；超声波；测距中图法分类号：ＴＰ２１６＋．１ 文献标识码：ＡＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＭ ＡＴ８９Ｓ５１ＬＩＮ Ｅｒ－ｍｅｉ（Ｍｉｎ Ｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｓｈｉ ３６２７００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｔｈｏｕｇｈｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄｌｙ ｃｏｎ－ｓｉｄｅｒｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｕｓｉｎｇＡＴ８９Ｓ５１ａｓ ｔｈｅ ｈｅａｒｔ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｓｔａｂｌｅ，ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｆａｓｔ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｅａｓｙ ｔｏ ｄｏ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｒｅａｃｈｅｄ ｉｎｄｕｓ－ｔｒｉａｌ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＣＭ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ Ｍｉｃｙｏｃｏ）；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｒａｎｇｉｎｇ０ 引言超声波是指频率高于２０Ｈｚ的机械波，是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播．由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，而且在介质中传播的距离较远，反射能力较强，另外，测量时与被测物体无直接的接触，还能清晰稳定的显示出测量结果，所以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．超声测距是一种非接触式的检测方式．对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力．因此在液位测量、车辆自动导航等方面有着广泛的应用．特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高．１ 超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离．实现超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等．本测距系统采用超声波渡越时间检测法，其原理为：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体＊收稿日期：２０１３－０２－０２作者简介：林二妹（１９８３－），女，福建漳州人，实验师，研究方向：电子信息技术陕西科技大学学报第３１卷介质的传播到接收器的时间，即渡越时间．渡越时间与气体中的声速相乘，就是声波传输的距离．超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时单片机开始计时，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．再由单机计算出距离，送ＬＥＤ数码管显示测量结果．超声波在空气中的传播速度随温度变化，其对应值如表１，根据计时器记录的时间ｔ（见图１），就可以计算出发射点距障碍物的距离（ｓ），即ｓ＝ｖ＊ｔ／２．表１ 声速与温度的关系温度／℃－３０－２０－１０ ０ １０ ２０ ３０ １００声速／（ｍ／ｓ）３１３ ３１９ ３２５ ３２３ ３３８ ３４４ ３４９ ３８６图１ 超声波测距时序图２ 单片机超声波测距系统设计框图单片机超声测距系统框图如图２．该系统由单片机控制模块、超声波发射电路和接收电路、显示电路、供电电源及报警电路组成［１］．图２ 系统设计框图３ 单片机超声波测距系统硬件电路设计本设计主要包括单片机控制系统、超声波发射电路和接收电路、显示电路、供电电源、报警输出电路等几部分［２］．３．１ 单片机控制系统超声波测距单片机控制系统采用ＡＴ８９Ｓ５１为核心芯片，系统晶振采用１２ＭＨｚ的晶振．各端口定义为：Ｐ２．７为输出超声波换能器所需的４０ｋＨｚ的方波信号，Ｐ３．５为监测超声波接收电路输出的返回信号．显示电路采用三位一体ＬＥＤ数码管，Ｐ２口为段码输出，Ｐ３．２、Ｐ３．３、Ｐ３．４为位码输出端，Ｐ３．１、Ｐ０．２为报警控制端口，Ｐ３．６为数值调整键，Ｐ３．７为功能键［３］．该系统如图３所示．图３ 超声波测距单片机控制系统３．２ 超声波发射电路和接收电路３．２．１ 超声波发射电路超声波发射电路如图４所示，超声波发射电路由电阻Ｒ１、三极管ＢＧ１、超声波脉冲变压器Ｂ及超声波发送头Ｔ４０构成，超声波脉冲变压器的作用是提高加载到超声波发送头两端的电压，以提高超声波的发射功率，从而提高测量距离．由ＡＴ８９Ｓ５１单片机的Ｐ２．７输出４０ｋＨｚ的方波，经三极管ＢＧ１推动超声波脉冲变压器，在脉冲变压器次级形成６０ＶＰ－Ｐ的电压，加载到超声波发送头上，驱动超声波发射头发射超声波．３．２．２ 超声波接收电路超声波接收电路如图５所示，接收电路由ＢＧ２、ＢＧ３组成的两级放大电路构成．超声波的检波电路、比较整形电路由Ｃ８、Ｄ５、Ｄ６及ＢＧ４组成．发送出的超声波，遇到障碍物后，产生回波，反射回来的回波由超声波接收头接收到．由于反射回来的超声波信号非常微弱，所以接收到的信号加到ＢＧ２、ＢＧ３组成的两级放大器上进行放大．每级放大器的放大倍数为７０倍．放大的信号通过Ｉ Ｎ４１４８检波二极管检波得到解调后的信号，最后输出一负跳变，输入单片机的Ｐ３．５脚．３．３ 显示电路显示电路采用三位一体ＬＥＤ数码管显示所测距离值，如图６．数码管采用动态扫描显示，段码输出端口为单片机的Ｐ２口，位码输出端口分别为单片机的Ｐ３．４、Ｐ３．２、Ｐ３．３口，数码管位驱运用ＰＮＰ三极管要Ｓ８５５０驱动．·８２１·第４期林二妹：基于ＡＴ８９Ｓ５１单片机的超声波测距系统设计图４ 超声波发射电路图５ 超声波接收电路３．４ 供电电源电路供电电源电路采用ＬＭ７８０５集成稳压器作为稳压器件，２２０Ｖ电源经降压、整流、滤波后送入ＬＭ７８０５稳压，输出端接一个４７０ｕＦ和０．１ｕＦ电容滤除纹波，得到＋５Ｖ稳压电源，电路如图７所示．同时为调试系统方便，供电方式另采用由电脑ＵＳＢ接口供电．３．５ 报警输出电路为提高测距系统的实用性，本测距系统的报警输出提供开关量信号及声响信号两种方式．方式一：报警信号由单片机Ｐ３．１端口输出，图６ 显示部分电路结构图７ 供电电源电路继电器控制，可驱动较大的负载，电路由电阻Ｒ６、三极管ＢＧ９、继电器ＪＤＱ组成，当测量值低于事先设定的报警值时，继电器吸合，测量值高于设定的报警值时，继电器断开．方式二：报警信号由单片机Ｐ０．２口输出，提供声响报警信号，电路由电阻Ｒ７、三极管ＢＧ８、蜂鸣器ＢＹ组成，当测量值低于事先设定的报警值时，蜂鸣器发出“滴、滴、滴…．．”报警声响信号，测量值高于设定的报警值时，停止发出报警声响．报警输出电路如图８．４ 单片机超声波测距系统软件设计单片机超声波测距系统的软件设计采用Ｃ语言编程．设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收程序及显示子程序几部分组成［４］．超声波测距程序流程图如图９．本设计主程序首先是对系统初始化，设定时器０为计数，１为定时．置位总中断允许位ＥＡ．进行程序主程序后，进行定时测距判断，当测距标志位ＥＣ＝１时，测量一次，程序设计超声波测距频度是·９２１·陕西科技大学学报第３１卷图８ 报警输出电路图９ 超声波测距程序流程图４～５次／秒．测距间隔中，整个程序主要进行循环扫描显示测量结果．当调用超声波测距子程序后，首先由单片机产生４个频率为３８．４６ｋＨｚ超声波脉冲，加载到超声波发头上．超声波头发送完超声波后，计时器Ｔ０开始计时，为了避免超声波从发射头直接传送到接收头引起的直射波触发，这时，单片机延时约１．５～２ｍｓ后，才启动对单片机Ｐ３．５脚的电平判断程序．当检测到Ｐ３．５脚的电平由高转为低时，Ｔ０停止计时［５］．由于单片机采用的是１２ＭＨｚ的晶振，计时器每计一个数就是１μｓ，当超声波测距子程序检测到接收成功的标志位后，将计数器Ｔ０中的数（即超声波来回所用的时间）按公式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离．５ 系统安装与调试编写程序与调试，用编程器将ＫＥＩＬ软件对应源程序编译生成．ＨＥＸ文件烧写到ＡＴ８９Ｓ５１单片机中．按图焊接硬件电路，焊接完后单独测试确保整个系统能正常工作，最后将写好的单片机插入到测距板上，通电后将测距板的超声波头对着墙面往复移动，看数码管的显示结果会不会变化，在测量范围内能否正常显示．如果一直显示“－－－”，则需将下限值增大．本测距板１ｓ测量４～５次，超声波发送功率较大时，测量距离远，则相应的下限值（盲区）应设置为高值．试验板中的声速没有进行温度补偿，声速值为３４０ｍ／ｓ，该值为１５℃时的超声波值．经测试表明，本系统实现了预期的控制要求．６ 结束语本系统利用单片机ＡＴ８９Ｓ５１实现超声波测距功能，该系统设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业的要求．可应用于汽车的倒车雷达、机器人自动避障行走、建筑施工工地以及一些工业现场，如：液位、井深、管道长度等场合．该设计具有很大的现实意义．参考文献［１］沈红卫．基于单片机智能系统设计与实现［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５．［２］赵建领，薛园园．５１单片机开发与应用技术详解［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９．［３］楼然苗，李光飞．５１系列单片机设计实例［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００３．［４］杨国田，白 焰，董 玲．５１单片机实用Ｃ语言程序设计［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９．［５］李鸣华，余水宝．单片机在超声波料位测量中的应用［Ｊ］．电子技术应用，１９９８，２４（９）：１４－１６．·０３１·。
基于AT89S51单片机的智能超声波避障 (3)
超声波视觉 优点：价格合理，夜间不受影响。 易于多目标测量和分类，分辨率好。 缺点：测量范围小，对天气变化敏感。 不能直接测量距离，算法复杂，处理速 度慢。
激光雷达MMW雷达: 优点：价格相合理，夜间不受影响 不受灯光、天气影响。 缺点：对水、灰尘、灯光敏感。 价格贵
本设计采用小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检 测元件，如电动车前方遇到有障碍物时，此超声波信号被 障碍物反射回来，由接收器接收。
测速系统
采用红外传感器进行测速。但无论是反 射式红外传感器还是对射式红外传感器， 他们对都 对外围环境要求较高，易受外部环境的 影响，稳定性不高，且价格较为昂贵。
测速发电机
测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性成线性、 无信号区小或剩余电压小、正转和反转时输出电压不 对称度小、对温度敏感低等特点。此外，直流测速发 电机要求在一定转速下输出电压交流分量小，无线电 干扰小；交流测速发电机要求在工作转速变化范围内 输出电压相位变化小。 本设计考虑到小车的大小设计，采用红外传感器进行 测速。
基于AT89S51单片机的智能 避障小车设计方案与论证
设计人：
郭彬彬 张奔 冯栋
一、总体方案概述
本小车使用一台AT89S51单片机作为主 控芯片，它通过超声波测距来获取小车 距离障碍物的距离，并且用数码管实时 的显示出来，在小车与障碍物的距离小 于安全距离时，拐弯，以避开障碍物， 同时会点亮相应侧边的发光二极管作为 提示信号。在避开障碍物后，小车会沿 直线前进。
驱动系统
采用继电器对电动机的开或关进行制，通过开 关的切换对小车的速度进行调整.此 方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的 响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。
基于AT89S51单片机的超声波测距系统
摘要随着生活质量的提高，工作的需要，科技的发展，人们将越来越多的在生活中和工作中将汽车作为其日常的交通工具。
给汽车安装了倒车雷达系统，将使汽车安全性大大提高，以确保行车安全。
本系统是基于单片机控制的汽车倒车“雷达”系统，主要实现驾驶员在无后视的情况下能通过系统的数字显示，清楚车后障碍物的状况，并通过报警信号避免撞车，在本系统的协助下安全的完成倒车。
本文主要内容如下：1.系统的阐述倒车雷达的可行性和实现方法。
2. 阐述了倒车“雷达”系统的系统组成。
3.详细介绍其硬件电路构成，软件设计和功能实现过程。
4.说明硬件电路和软件电路的调试过程。
关键字：单片机;汽车；超声波；测距AbstractIn the condition of the lif e quality raise, n ecessaries of work, development of science and technology, more and more people will use automobile as their important tool in t h e living life and n eu tralization work .To fix a back car radar system in th e motor vehicle will make car's backward more secure. And will improve th e security of driv e r.This "radar"s ys t em is bas ed on one-chip computer to control a automobile and to h elp a driver to backed a car . B elow the s ituation t hat the main driver can't see the afterwards of car, by means of the sys t ema tic LED digital display, the driv e r can see th e distance between thecar to the obstacl e state. Moreover, it can avoid th e collision of vehicles by the means of the alarm averts. And make back e d a car secure complete by th esys tematic help.The original chiefly act as the be l ow s ubstance:1. The syste matic ela borat es backing car radar feasible quality and th erealization m eans.2. Elaborating what th e systematic system is mark ed up.3.D etai l e dly introducing such hardwar e e l ectric circuit constitutes,software design an d the process that how to r ea lly process.4. Dir ec tions hardwar e e l ec tric circuit and software d e bug proces s.Key words: M CU; Automobi l e; Ultrasonic ; Distanc e- measurement目录ABSTRACT ............................................................................................................................... 错误！未定义书签。
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AT89S51单片机的超声测距
波 指 向性 强 ，能 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 液位 、井 深 、管 道长 度 的测 量 另 外 ，超 声波 测距 还 可用 于汽车 倒车 、建 筑施 工工 地 以及 一 些工业 现场 的位 置 监控 。 １ 声波 溯鹿原 理 超 １１超 声 波 传 感 器 的基 本 原 理 。超 声 波 传 感 器 主要 材 料 有 压 电 晶体 ．
测量 发射 超声 波与接 收超 声波 的 时间 间隔ｔ ，故被 测距 离ｓ ｖ／ 。 ＝ｔ ２
通 过 单 片 机 Ａ８Ｃ１ Ｔ ９ ５ 对 Ｌ Ｄ ６ ２ 行控 制 ，从而 实 Ｅ １０ 进 现 对 显 示 电 路 的控 制 。显 图２ 系 统设 计框 图
【 高科技产品研发 】 ｊ 蘧麓
基 于ＡＴ８ ５ 单 片机 的 超 声 测 距 ５ １ ９
粱改革 徐亮亮 王加加
（． １ 中国矿业大学 信息与 电气工程学院 电气工程与 自动化专业 ；２ 中国矿业大学 信 息与电气工程学院电子科学与技术专业 ． 江苏 徐州 ２１１） ２ ｌ６
引 脚 线 或 ｌ条 引脚 线 ， 多 ６ 出 来 的 ２ 线 是 背 光 电 源 条 线 ， 将 １０ ） 位 双 向数 据 ６２ ＼ 线 分 别 接 单 片 机 ｐ０ ２～ ｐ７ ， 再 将 Ｒ接 ｐ Ｏ 、 ２口 ｓ ｌ口
Ｒ ｗ ｐ １ 、Ｅ ｐ ２ ； ／接 １ 口 接 ｌ口
２ ２超 声波 接 收 电路 。 由于超 声波 在空 气 中传播 ，其能 量会 随传 输距 ． 离 的增大 而 减小 ，所 以在 设计 超声 波接 收 电路 时，要 有较 大 的放 大 倍数 ： 为
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AT89S51单片机的超声波测距系统设计
摘 要 ： 在分 析超 声 波测距 原理 的基础 上 ， 指 出了设 计 测 距 系统 的思路 和 所要 考虑 的 问题 ， 详
细介 绍 了以 ＡＴ ８ ９ Ｓ ５ １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 的设计 方 法 ， 系统 电路 设计 合理 、 ． ７ － 作稳 定 、 性 能 良好 、 检测速度快、 易 于做 到 实 时
沿传 播方 向上 的结 构信息 很容 易检 测 出来 ， 具 有很 高 的分辨 力 ， 因而其 准确 度也 较其 它方法 为高 ．
１ 超 声 波 测 距 原 理
超 声波 是指 频率 高 于 ２ ０ Ｈｚ的机 械 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． 由于超声 波 指 向性 强 ， 能量 消耗 缓慢 ， 而且 在介
２ ０ １ ３年 ８月
文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ５ ８ １ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ ０ １ ２ ７ — ０ ４
基 于 ＡＴ ８ ９ Ｓ ５ １单 片 机 的超 声 波测 距 系统 设 计
林 二妹
（ 闽南 理 工 学 院 ，福 建 石 狮 ３ ６ ２ ７ ０ ０ ）
控制 ， 测 量 精 度 上 达 到 了工 业 实 用 的 要 求 ．
关键 词 ： 单 片机 ；超 声波 ；测距
中 图法分 类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ ． １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＣＭ ＡＴ８ ９ Ｓ ５ １
基于AT89S51单片机的超声波测距系统
目录摘要 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题背景，目的和意义 (2)1.2基于单片机的超声波测距系统 (2)1.3课题主要内容 (3)第2章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 (6)第3章设计方案 (7)3.STC89C52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 (9)3.2.2 超声波发射、接收电路 (9)第4章系统软件设计 (10)4.1 主程序设计 (10)4.4 超声波测距程子序流程图 (12)第5章调试及性能分析 (13)5.1调试步骤 (13)5.2调试结果 (13)参考文献 (14)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STC公司的STC89C52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。
基于AT89S51系列单片机实时语音播报的超声波测距仪设计
基于AT89S51系列单片机实时语音播报的超声波测距仪设计王景中;张朝杰
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2010(029)004
【摘要】详细介绍了一种基于单片机实时语音播报、带有LED数码显示功能的脉冲反射式超声测距系统.利用AT89S51定时功能来计算超声波在媒质中的传播时间,进而计算出超声波在媒质中的传播距离.该仪器在工业控制、能源勘探、水利监测等领域具有广泛的应用,特别是在实时性要求比较高的领域具有更大的优势和更广阔的应用前景.
【总页数】4页(P28-31)
【作者】王景中;张朝杰
【作者单位】北方工业大学信息工程学院,北京,100144;北方工业大学信息工程学院,北京,100144
【正文语种】中文
【中图分类】TP336
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基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计
[键入文字]基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计BASED ON AT89C51 ULTRASONIC RANGEFINDER DESIGN学生姓名学院名称专业名称指导教师摘要超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的，其频率在20000Hz以上。
由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，因此常用于测量物体的距离。
本文介绍了基于AT89C51单片机的超声波测距仪的软硬件设计，整个系统分为单片机控制模块、发射模块和接收模块组成。
程序采用模块化设计，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。
超声探头接收的信号经单片机综合分析处理后，实现了超声波测距仪的各种功能。
关键词超声波 AT89C51 测量距离目录1绪论 (4)1.1研究背景 (4)1.2研究内容 (4)2 相关知识 (5)2.1超声波发生器 (5)2.2.单片机的任务 (5)2.3AT89C51单片机主要特性和引脚功能 (5)3理论分析与计算 (8)3.1测量与控制方法 (8)3.3超声波测距误差分析 (10)4系统硬件电路设计......................................... 错误！未定义书签。
4.1单片机系统及显示电路.................................. 错误！未定义书签。
4.1.1 74LS244的简介................................... 错误！未定义书签。
4.2超声波发射电路........................................ 错误！未定义书签。
4.3超声波监测接收电路.................................... 错误！未定义书签。
4.4显示电路原理.......................................... 错误！未定义书签。
毕业设计_基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计 精品
毕业设计(论文)正文题目基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师职称基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计摘要：本文主要研究开发了一种基于单片机微处理器的超声波测距系统。
该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。
在介绍超声传感器原理与特性和超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。
介绍了具体的软硬件设计以及相关的实验情况,针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证，对测距系统的一些主要参数进行了讨论。
关键字:超声波，测距，测量精度THE STUDY AND APPLICATION OFDISTANCE-MEASUREMENT SYSTEM BASED ONULTRASONIC WA VEABSTRACT: This paper primarily investigates a kind of ultrasonic distance measurement device based on microprocessor. This device can measure certain distance with reflected wave on condition that the speed of transmitting wave is fixed. It generally specifies the theoretical foundation of the device, introduces the software and hardware design of the device and correlative experiments. The design of the distance measurement is targeted on high precision and little blind area. Then it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter and presenting the theory and characters of ultrasonic sensor. And then the transmission, receiver, detection, display scheme of this distance meter system is brought out. At the same time, a number of main technical parameters are discussed.Key Words: ultrasonic,measuring distance, measurement accuracy目录第一章绪论 (1)1.1.引言 (1)1.2.超声波检测技术的发展 (1)1.3.超声波技术的广泛应用 (2)第二章超声波测距技术综述 (3)2.1.引言 (3)2.2.超声波介绍 (3)2.2.1.超声波的基本性质 (4)2.3.超声波传感器介绍 (4)2.3.1.超声波传感器的原理及结构 (4)2.4.超声检测概述 (7)第三章超声波测距系统的原理与设计 (9)3.1.引言 (9)3.2.超声波测距的原理及实现 (9)3.3.超声波测距系统的总体方案 (10)3.4.超声波测距系统硬件电路设计 (12)3.4.1.超声波发射电路设计 (12)3.4.2.超声波接收电路设计 (19)3.4.3.比较电路 (21)3.4.4.电源电路 (22)3.4.5.显示电路 (23)3.4.6. AT89S52单片机最小系统 (24)3.5.超声波测距系统软件设计 (27)3.5.1.系统软件设计总体框图 (27)3.5.2.软件程序模块化设计 (28)第四章结论及展望 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第一章绪论1.1.引言高速度，高效率是现代工业的标志，而这是建立在高质量的基础之上的。
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收稿日期:2008)12)10作者简介:贺瑞强(1984)),男,陕西府谷人,在读研究生,研究方向:为多媒体通信与数字家园。
E-m ai:l herui qi ang320@163.co m基于AT89S51单片机的超声波测距系统的设计与研究贺瑞强,王 民(西安建筑科技大学信控学院,陕西西安710055)摘 要:分析了超声波测距的基本原理,在此基础上提出了设计的思路和所要解决问题的方案。
此设计是基于AT89S51单片机性能和特点来实现的,且经过校正后,其精度可达1c m 。
完全满足汽车防撞系统的设计要求,弥补了汽车观后镜的不足。
关键词:超声波;AT89S51单片机;测距仪中图分类号:TP 274+.53 文献标识码:A 文章编号:1008-3871(2009)02-0054-03 超声波是指频率高于20KH z 的机械波。
由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,不仅在介质中传播的距离较远,反射能力较强,而且测量时与被测物体无直接接触,还能够清晰稳定地显示测量结果。
随着我国公路的迅速发展,事故发生频率也越来越高,基于超声波的倒车测距系统可以实时的监控汽车间距,有效的减少了事故发生率。
本文将介绍一种改进型的超声波测距系统,其硬件设计简单,从而可以有效的降低成本。
另外,在稳定性和精确度上也有所改善。
1 超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收,根据超声波传播的时间来计算出传播距离。
实用的测距方式有两种,一种是在被测距离的两端,一端发射,另一端接收的直接波方式,一种是发射波被对象物反射回来后接收的反射波方式,本设计采用反射接收回波方式。
本设计选择40k H z 频率的超声波,分辨率为1c m,测量范围为10c m ~5m,设l 为测量距离,t 为往返时间差,超声波的传播速度为c ,则有t=2l/c ,而声波在空气中传输速率为c=c01+T /273(m /s)。
式中T 为环境温度;c0为绝对温度时的速度。
若设温度为25e ,则c=340m /s ,故声波在1c m 距离往返的时间为t=2@1@10-2340U 58.8@10-6s,即58.8us 。
测距仪的分辨率为1c m,即以这个时间为计时单元,每经过一个计时单元,计数器加一,中断后,计数器停止计数,计数器中的值就是所测距离,单位是c m 。
为防止发射波直接到达接收探头,需经过一段延时,延时时间取588us ,即经过10c m 后开始计数,所以有10c m 的盲区。
2 系统硬件设计2.1 系统总体设计原理图(见图1) 本系统硬件部分由嵌入式控制部件,超声波发射电路,接收电路,显示电路,声音光报警电路,数据锁定电路几部分组成,其中嵌入式控制部件采用AT89S51,支持在线下载程序,方便调试和系统扩展,系统资源有4k flash ROM,128By tes RAM,32个I/O 口,2个定时器/计数器,6个中断源。
单片机选用12M 晶振,手动复位。
在PCB 布线时,电源接滤波电容,超声波发射部分和接收部分应相隔一段距离,并尽可能用粗线,以防止干扰。
2.2 超声波发射部分 脉冲发射采用软件方式,利用AT89S51的P1.0口发射40k H z 的方波信号,经过74H C04放大后输出到超声波换能器。
74HC04是一个高速C MOS 六反相器,具有对称的传输延迟和转换时间,而相对于LSTTL 逻辑I C ,它的功耗减少很多。
对于HC 类型,其工作电压为2V ~6V,它具有高抗扰度,可以兼容直接输入LSTTL 逻辑信号和C MOS 逻辑输入。
图1系统总体原理图本系统将40kH z 方波信号分成两路,分别由2009年3月第19卷 第2期榆林学院学报J OURNAL OF YULI N UN I VERS I TY M ar .2009Vo.l 19No .274H C04经两次和一次反向放大,从而构成推拉式反向放大。
电路如图2所示。
2.3 超声波接收部分 声波接收部分采用集成芯片CX20106A,这是一款红外线检波接收的专用芯片,常用于电视机红外遥控接收器。
内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。
可以利用它作为超声波检测电路。
接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器,将信号调节到合适的幅值;再经过带通滤波器滤波得到有用信号,滤除干扰信号;最后由峰值检波器和整形电路输出到单片机外部中断口。
CX20106A 的外部接线如图3所示。
图2发射部分电路结构图3接收部分电路结构图图3中1脚是接收信号输入端,2脚是调节接收信号灵敏度,电阻越小,灵敏度越高。
电容越大,灵敏度越高。
电容一般取1uF ,电阻508~3008的,在干扰较大的场合增加电阻阻值可将灵敏度调低,干扰小的场合减小阻值将灵敏度调高。
5脚是调节中心频率,取200K 8,7脚接提升电阻取1K 左右。
实验证明接收效果较好,在发射探头连续发射超声波的情况下,障碍物在1m 处接收探头的输入波形用示波器测得如图4所示。
2.4 显示部分 显示部分采用共阴极数码管,由单片机的P0口输出段码,P2口用作为位控,用PNP 型三极管驱动(本设计采用9012),由于单片机I/O 口的驱动能力非常小,P0口需外界提升电阻以增加驱动能力,另一方面要防止低电平时,电流直接经电阻流进I/O 的灌流太大而烧毁单片机,所以提升电阻一般取6008左右,实验证明,数码管亮度合适。
其原理图如图5所示。
图4示波器显示回波波形图5数码管动态扫描显示电路为节省单片机硬件资源,采用动态扫描方式显示。
显示时先使第一、第二个数码管截至,第三个数码管饱和导通,然后将个位数段码输出到P0口,接着使第一、第三个数码管截止,使第二个饱和导通,输出十位数段码,再使第二、第三个数码管截止,使第一个饱和导通,输出百位数段码,每位显示点亮时间设为1m s 左右,由于人的视觉暂留和二极管的余晖效应,虽然不是同时点亮,但因为扫描速度非常快,看起来就是一组显示稳定的数据,感觉不到闪烁。
3 系统软件设计测距系统软件采用汇编语言,由发射脉冲子程序,用中断实现回波接收子程序,计算距离子程序,数码管显示子程序和计时单元延时子程序几部分组成,采用模块化编程。
其软件流程图如图6所示。
图6系统软件流程图程序首先初始化需要用到的寄存器,内存单元,设置中断触发方式,然后控制P1.0口输出12us 的高电平,再输出13us 的低电平,循环10次便可发射#55#贺瑞强,王 民:基于AT89S51单片机的超声波测距系统的设计与研究10个频率为40kH z 的脉冲信号。
经过一段延时后,CPU 开放中断,开始计数,将计数器初值设为延时所经过的距离,计数器每过一个计时单元加一。
中断产生,停止计数,最后将计数器中的值经过转换显示到数码管上。
如果计数器中的值小于50就由软件产生一定频率的信号到蜂鸣器报警,并启动报警灯。
当需要所存数据时,由外部中断判断键盘是否按下,通过不断显示上次测量数据来锁定数据。
当检测到键盘再一次按下时,按取消锁存,并继续测量距离。
4 系统优化方案为了使系统得到精确的测量结果,本系统采用以下几种优化方案。
第一、使用硬件优化,在倒车测距系统中,稳定性要比精度重要,为了使系统更加稳定,在系统上装三个超声波换能器,同时检测,将测得的距离作为实际距离显示。
第二、使用软件优化,用软件发射三次超声波,接收三次回波,将三次测量结果中最小值作为实际值。
第三、使用计算优化,将多组测量数据与实际距离进行对比,对数据进行拟合。
得出测量结果与实际结果的关系,然后计算显示。
表1为多次测量所得数据与实际距离的对比。
表1 测量距离和实际距离对比/c m测量距离S 234285143182252432实际距离L 264082143196252431为达到一定的精度,构造一个二次函数使其满足L=aS 2+bS+c ,此时有L I span{S 2,S,1}。
最小二乘法拟合后得到函数关系L =0.000112S 2+0.999862S+0.000334,将寄存器中所测的距离按照以上函数关系进行数据处理,最后将处理后的数据输出到数码管显示。
5 结语实验证明,基于AT89S51的单片机倒车测距系统具有工作稳定,精度较高,抗干扰,成本低,性价比高等优点,50c m 以内自动报警。
灵敏度可调,并可手动锁定数据。
本系统的测距分辨率为1c m,测距范围为10c m ~5m 。
完全满足在倒车测距系统中的要求。
参考文献:[1]杨文龙.单片机原理及应用[M ].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[2]刘光斌,刘东,姚志成.单片机系统实用抗干扰技术[M ].北京:人民邮电出版社,2003.[3]王福瑞.单片机微机测控系统设计大全[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[4]余永权,李小青,陈林康.单片机应用系统的功率接口技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2000.[5]廖东民,刘振海.飞机场车辆防撞报警系统的设计与实现[J].电子技术,2002,(11):55-57.[6]李鸣华,余水宝.单片机在超声波料位测量中的应用[J].电子技术应用,1998,(9):14-16.[7]史恩秀,黄玉美,闫鹰,等.基于超声波传感器的AGV 定位方法的实验研究[J].传感器技术,2005,(10):28-30.(责任编辑:王瑞斌)U ltrasonic R angi ng Syste m R eversi ngD esign and R esearch B ased on SC M AT 89S 51HE R ui-q iang ,WANG M in(D epart m en t o f Infor m ati o n and Contro lEng ineeri n g ,X ia 'n Un i v ersity ofA rch itecture andT echnology X ia 'n 710055,Shaanx i)Abst ract :This paper analyzes t h e basic pri n ciples of ultrason ic d istance m easure m en,t based on this proposed de -si g n i d eas and to so lve prob le m s .This design and the ach ieve m ent is based on SC M AT89S51perfor m ance .A ftercali b rati o n ,its accuracy reaches one c m .Veh icle co llision avo i d ance syste m co m pletely satisfi e s t h e design require -m ents ,m akes up t h e m irror deficiencies .K ey w ords :u ltrasound;AT89S51m icrocontro ller ;range fi n der#56#榆林学院学报 2009年第2期(总第79期)。