超声波测距器
超声波测距参数
关键词 单片机AT82S51超声波传感器测量距离
一、设计要求
设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.10-3.00m，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。
3.超声波检测接受电路
参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路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。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。
d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中T0为计数器T0的计数值）
测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如下
3.超声波发生子程序和超声波接收中断程序
超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。
硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为0.07～5.5m，测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。
超声波测距仪使用方法说明书
超声波测距仪使用方法说明书1. 概述超声波测距仪是一种常用的测量仪器，通过发射超声波脉冲并接收其回波来测量距离。
本说明书将详细介绍超声波测距仪的使用方法，以便用户能够正确、高效地操作该仪器。
2. 准备工作在开始测量之前，确保以下准备工作已经完成：2.1 确认超声波测距仪的电源已经连接，并处于正常工作状态。
2.2 确认被测物体与测距仪之间没有遮挡物，以保证测量的准确性。
2.3 选择合适的工作模式和单位，根据实际需要进行相应的设置。
3. 测量步骤3.1 启动仪器按下电源开关，待超声波测距仪正常启动后，屏幕上将显示相关的操作提示。
3.2 定位测量目标将测距仪对准待测物体，使其成为屏幕上的测量目标。
可以通过调整测距仪的方向和角度来精确定位。
3.3 发射超声波脉冲按下“发射”按钮，超声波测距仪将发射一组超声波脉冲，并记录下发送时刻。
3.4 接收回波当超声波脉冲遇到物体并被反射回来时，测距仪将接收到回波，并记录下接收时刻。
3.5 计算距离根据发送和接收时刻之差，超声波测距仪可以计算出测量目标与仪器之间的距离。
4. 测量注意事项4.1 避免测量目标表面有较强的光照或强烈的声音，以免影响超声波的传播和接收。
4.2 在测量长距离时，要保持仪器与测量目标之间的直线视线，以减小测量误差。
4.3 对于不规则形状的物体，建议进行多次测量并取平均值，以提高测量结果的准确性。
4.4 定期检查超声波测距仪的探头是否清洁，避免灰尘或其他杂质的影响。
5. 故障排除在使用超声波测距仪过程中，可能会遇到一些常见的故障情况，以下是一些常见问题的排除方法：5.1 无法启动或显示异常：检查电源连接是否正常，试试更换电池或充电。
5.2 测距不准确：确认测量目标与测距仪之间没有遮挡物，并确保仪器正确定位。
5.3 回波信号弱：检查探头是否干净，并调整适当的增益和灵敏度。
5.4 其他问题：如有其他问题，请参考产品说明书或联系售后服务。
6. 常见应用场景超声波测距仪在多个领域具有广泛的应用，包括建筑工程、机械制造、物流仓储等。
单片机超声波测距原理
单片机超声波测距原理单片机超声波测距原理是通过超声波的发射与接收来实现测距的。
超声波传感器是一种使用超声波进行物体测距的传感器，它通过发射出的声波信号与物体发生反射后返回的信号来计算出物体与传感器之间的距离。
测量的原理主要包括发射和接收两个过程。
首先是发射过程。
超声波传感器通过产生高频的电信号驱动超声波发射器，将电信号转化为超声波信号。
超声波发射器通常由压电材料构成，当施加电压后，压电材料会产生机械位移，通过振动将电信号转化为超声波信号，然后将超声波信号传播到空气中。
然后是接收过程。
当超声波信号遇到物体时，一部分超声波信号会被物体表面反射，另一部分则会穿透物体继续传播。
超声波传感器上的接收器感受到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
接收器通常也采用压电材料构成，当接收到超声波信号时，压电材料会发生机械变形，产生电压信号，将超声波信号转化为电信号。
接收到的电信号会经过放大与处理，然后输入到单片机中进行距离计算。
测距计算是通过测得超声波从发射出去到反射回来所用的时间来计算的。
超声波传播的速度是已知的，一般在空气中传播速度为343m/s。
当超声波从发射器发送，到接收器接收到反射信号所用的时间为t，根据公式：距离=速度×时间，可以得到物体与传感器之间的距离d=343m/s×t/2。
由于超声波的行程是双程的，所以要将测得的时间除以2，才能得到物体与传感器之间的实际距离。
在单片机中，通过开启发射信号，然后计时接收到反射信号所用的时间，并根据上述公式进行距离计算。
此外，为了提高测距的精度，还可以采用多次测量的方式，然后取多次测量结果的平均值来获得更准确的测距结果。
总结来说，单片机超声波测距原理是通过发射超声波信号，然后接收反射的超声波信号，并根据所用时间计算出物体与传感器之间的距离。
这种原理在实际应用中被广泛使用，如车载倒车雷达、智能门禁系统等。
它具有测量距离远、测量精度高、适用于不同环境等优点，因此在许多领域有着重要的应用价值。
超声波测距PPT课件
控制系统软件流程图
超声波测距系统的软件设计
软件开发环境的简介
keil C51 ❖ Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系
列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil C51软件提 供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具， 全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编 译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的 目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码 很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高 级语言的优势。
ceil C51的开发界面
STC-ISP V3.1 软件下载界面
结语
❖ 应用本系统3 mm～20 m内的目标做了多次 测量，测量结果为，其最大误差为1.5 mm， 且重复性好。可见基于单片机设计的超声波 测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测 量误差小等特点。因此，它可用于许多对测 量要求精度高，测量范围适当的设备和各种 检测系统中。
❖ 单片机采用89S51或其兼容系列。采用 12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟 频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输 出超声波转化器所需的40KHz方波信号，利 用外中断0口检测超声波接受电路输出的返回 信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED 数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP 三极管驱动。
致谢
❖ 感谢大学四年里教过我的老师，不仅让我学 到了许多专业知识，更让我知道有严谨和勤 奋的学习态度，坚忍不拔的精神是多么重要， 最重要的是对人生的态度。
❖ 感谢我的导师对我毕业设计的悉心指导，提 出了很好的建议和提供很多帮助。
❖ 最后，感谢辩组的老师，谢谢！
的时间误差引起的。
❖
对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择
超声波测距仪原理
超声波测距仪原理
超声波测距仪是一种利用超声波的特性来测量距离的仪器。
它的测量原理基于声波在不同介质中传播速度不同的特点。
超声波是一种高频声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。
超声波测距仪通过发射超声波并接收其反射信号，来计算测量物体与测距仪之间的距离。
超声波测距仪由发射器和接收器两部分组成。
发射器发射出超声波脉冲，然后接收器接收到脉冲的反射信号。
测距仪通过计算脉冲信号的往返时间，并结合声波在空气中的传播速度，来确定物体与测距仪之间的距离。
具体测量过程如下：
1. 发射器发出一个超声波脉冲。
2. 超声波脉冲在空气中迅速传播，当遇到物体时会发生一部分反射。
3. 接收器接收到反射的超声波信号。
4. 通过计算脉冲的往返时间，即从发射到接收的时间间隔，可以得到声波在空气中行进的时间。
5. 根据声波在空气中的传播速度（通常为343米/秒），可以
利用时间和速度的关系来计算出物体与测距仪之间的距离。
超声波测距仪的精确度取决于发射器和接收器的性能，以及环境的影响。
例如，超声波在不同介质中的传播速度会有所不同，因此在不同介质中测量距离时需要进行相应的校正。
总的来说，超声波测距仪利用声波的传播速度和往返时间的关系来测量距离。
它被广泛应用于工业领域中的测量和控制系统中，常见的应用包括距离测量、物体检测和障碍物避免等。
超声波测距仪开题报告
负责人（院系公章）：2012年2月24日
【研究思路及拟采用的研究方法】
硬件电路主要分为单片机系统、显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路四部分。单片机系统输出信号驱动超声波发射电路发射超声波，超声波接收电路接收反射回来的超声波信号，再经单片机系统计算，将结果送至显示电路。
软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序及显示子程序组成。超声波主程序用于设置定时器的初值和工作方式等。之后，调用超声波发生子程序发出一个超声波脉冲。一旦接收到返回超声波信号，立即进入超声波接收子程序，并调用显示子程序。
【研究的主要内容及预期目标】
超声波测距仪的主要研究内容如下：
1.对超声波测距仪在汽车倒车中的应用进行分析，给出系统设计方案。
2.根据超声波测距仪功能进行模块化设计，绘制电气原理图并选择合适的电子元件。
3.根据电气原理图用软件模拟电路，编写程序，进行仿真调试。
4.焊接实验电路板，烧写程序并进行调试。
超声波在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。但在空气介质中的传播速度受温度影响，并且在空气中传播信号强度衰减较快，测量距离越大误差越大。因此，本测距仪预期测量范围0.1～1m，测量精度为1cm，且要具有较好的重复性。测量结果利用LED显示。
论证、开题、撰写开题报告
2012.02.25～2012.04.18
写作初稿
2012.04.19～2012.05.04
修改、定稿、打印
2012.05.26～2012.06.03
论文答辩
【主要参考文献】
[1] 赵建领,薛园园等主编.51单片机开发与应用技术详解[M].电子工业出版社,2009
[2]李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）[M].北京航空航天大学出版社,2005
超声波测距
三、软件、硬件设计
3.1纯硬件版测距仪
555单 稳态触 发电路 40KHz 超声波 发生电 路 超声波 驱动电 路
发射器
显示
信号 处理
信号 放大
接收器
电源电路
555单稳态触发电路
由555构成 的单稳态触 发电路为后 续超声波发 生电路提供 触发电平， 由 T=(R6+2*R 4)*C*ln2， 可得： T=28ms。
超声波测距仪
工训中心 唐建祥
要求：
要求能够测量20—200mm的距离，采用 电池供电，尽可能地降低功耗，尽可能 地缩小测距仪的体积，并能够直观地显 示距离信息。
超声波测距仪主要内容
一、前言 二、测量方法 三、硬件、软件设计 四、测量结果
一、前言
测距技术在物位检测、医疗探伤、汽车防撞等民 用、工业领域应用广泛，由于超声波的速度相对 于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测， 并且易于定向发射，方向性好，发射强度好控制， 且不受电磁干扰影响，因而利用超声波测距是一 种有效的非接触式测距方法。
距离 mm
40 600 800 1000 1200 1400 1650 1850
实测 mm
407 603 800 992 1193 1396 1657 1856
距离 mm
450 650 850 1050 1250 1500 1700 1900
实测 mm
455 652 843 1044 1245 1497 1702 1906
+5V
R
x
0.1μF
1
R
C
0
6
1
0
K
G
N
G
D
0.1μF
超声波测距仪设计及其应用分析
超声波测距仪设计及其应用分析[摘要] 本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。
该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。
利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。
[关键词] 超声波测距单片机温度传感器随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。
超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。
本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。
一、设计原理超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。
通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。
基本的测距公式为：L=(△t/2)*C式中L——要测的距离T——发射波和反射波之间的时间间隔C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。
二、超声波测距仪设计目标测量距离: 5米的范围之内;通过LED能够正确显示出两点间的距离;误差小于5%。
三、数据测量和分析1.数据测量与分析由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六个距离进行测量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(温度:29℃),如表所示。
从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。
对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。
这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。
超声波测距报警器
超声波测距报警器功能介绍：本设计可用于测距，并附带报警功能，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，测量范围为0.02m~5.5m，可应用于汽车倒车报警雷达。
工作原理：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超声波测距的原理是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。
总体系统分析：本系统采用单片机STC89C52+最小系统+数码管显示模块+数码管驱动模块+HC-SR04超声波传感器+蜂鸣器模块+按键模块。
（1）本设计采用数码管显示测量的距离，74HC573和三极管驱动数码管，使显示更亮。
（2）HC-SR04超声波模块测距，测量范围为0.02m~5.5m。
（3）本设计附带报警装着，报警距离可以采用按键设定（4）按键说明：三个按键从左往右依次为+键，-键，设置键。
（5）本设计采用usb接口供电硬件设计HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：（1）采用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。
（2）模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回，通过IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2超声波时序图：以上时序图表明只需要提供一个10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8 个40kHz 周期电平并检测回波。
HC-SR04超声波测距模块介绍
HC-SR04超声波测距模块介绍超声波简介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, 具有定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点。
超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法,它不受光线、被测物颜色等影响, 对恶劣的工作环境具有一定的适应能力, 因此在水文液位测量、车辆自动导航、物体识别等领域有着广泛的应用。
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Δt , 然后求出距离S 。
在速度v 已知的情况下,距离S 的计算,公式如下:S = vΔt/ 2在空气中,常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大,如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。
因此在测距精度要求很高的情况下, 应通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。
已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式如下:V = 331. 5+0.607T这样, 只要测得超声波发射和接收回波的时间差Δt 以及现场环境温度T,就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。
HC-SR04超声波测距模块简介HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
HC-SR04超声波测距模块实物图HC-SR04超声波测距模块特点1、典型工作用电压：5V2、超小静态工作电流：小于5mA3、感应角度(R3 电阻越大,增益越高,探测角度越大)：R3 电阻为392,不大于15 度R3 电阻为472, 不大于30 度4、探测距离(R3 电阻可调节增益,即调节探测距离)：R3 电阻为392 2cm-450cmR3 电阻为472 2cm-700cm5、高精度：可达0.3cm6、盲区（2cm）超近HC-SR04超声波测距模块管脚VCC（5V）、 Trig（控制端）、 Echo（接收端）、地（GND）使用方法：控制口发一个10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。
超声波测距仪原理
超声波测距原理超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。
在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。
超声测距大致有以下方法：① 取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；② 测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=1／2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。
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。
超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
CJ-3A超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动.超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，超声波测距器的系统框图如下图所示：硬件部分CJ-3超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动. 主要由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组成。
超声波测距仪原理
超声波测距仪原理
超声波测距仪是一种常见的测距仪器，其工作原理是利用超声波
在传播过程中的特性来测量物体到测距仪的距离。
超声波是一种机械波，其频率高于人类可以听到的声音，一般在20kHz以上。
超声波测距仪通常由发射器、接收器和计算器三部分组成。
发射
器将高频的电信号转换为超声波信号，发出一定方向的声波。
当声波
遇到物体后，一部分将被反射回来，经过接收器接收后被转换成电信号，再由计算器计算出物体与测距仪之间的距离。
超声波在传播过程中，其速度与介质的密度和弹性有关。
一般情
况下，空气中的超声波传播速度为340米/秒，而水中的传播速度则为
约1500米/秒。
因此，超声波测距仪在测距之前需要根据不同介质的
速度特性进行校准。
超声波测距仪在实际应用中广泛用于测量物体的距离、深度等参数，并被广泛应用于工业生产、医疗诊断等领域。
在行车安全系统中，超声波测距仪可以用于汽车倒车雷达的测距，以帮助驾驶员判断后方
障碍物的距离。
在医疗诊断中，超声波测距仪则可用于检测人体内部
的器官、结构等。
超声波测距仪有着精准、简单易用等优点，但也存在着测量范围
较小、环境影响大等缺点。
因此，在使用超声波测距仪时需要根据具
体应用场景进行选择和使用，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，超声波测距仪是一种常见的测距设备，其原理简单、易于实现，广泛应用于生产和科研等领域。
通过了解其工作原理和特点，可以更好地使用超声波测距仪，从而提高工作效率和准确性。
超声波测距(0.25-10m)
这里介绍一款国外的不使用单片机的超声波测距仪。
本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
实物图如下：原理图如下：一、电路原理1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、 RB=150KΩ、 C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、 RB=15KΩ、 C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波测距的原理
超声波测距的原理
超声波测距是利用超声波的特性来测量物体到测距仪的距离。
超声波是一种频率高于人能听到的声波的声波。
超声波测距的原理是通过发射器发出超声波脉冲，并注意到当超声波在物体表面发生反射时，将会返回到接收器。
测距仪计算从发射到接收超声波之间的时间差，并乘以声波在空气中传播的速度，即可得到物体与测距仪的距离。
测距仪中的发射器一般是一个压电晶体，当加上电流时，晶体会产生振动并发出超声波。
接收器通常是另一个晶体，它可以将接收到的超声波转换成电压信号。
超声波的传播速度通常取决于介质的类型和温度。
在大多数情况下，超声波在空气中的传播速度约为每秒340米，而在水中约为每秒1500米。
超声波测距广泛应用于工业自动化、避障传感器、机器人导航、汽车停车辅助等领域。
它具有测量范围广、测量精度高、无需接触目标物体等优点，并且不受光线、尘埃、颜色等物理因素的影响。
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。
超声波测距
这里介绍一款国外的不使用单片机的超声波测距仪。
本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
实物图如下：原理图一、电路原理1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、RB=150KΩ、C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6= 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6= 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、RB=15KΩ、C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12= 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12= 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波测距器的设计
第3章超声波测距器的设计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~，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。
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)。
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／℃ 声速/(m．s 313 319 325 323 338 344 349 386 一1)
4.2
主程序 主程序首先要对系统环境初始化，设置定时器TO工作模式 为16位定时／计数器模式，置位总中断允许位EA并对显示端口 PO和P2清0；然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉 冲。为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波
6
6.1
控制源程序清单
单片机汇编源程序清单
;******************************************** ;* 超声波测距器 * ;* AT89C52 12MHZ晶振 共阳LED显示器 * ;******************************************** ;测距范围7CM-11M，堆栈在4FH以上，20H用于标志 ;显示缓冲单元在40H-43H，使用内存44H、45H、46H用于计算距离 ; VOUT EQU P1.0 ; 红外脉冲输出端口 ; ;******************************************** ;* 中断入口程序 * ;******************************************** ; ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0
;开启测距定时器 ;收到反射信号时标志位
;重新开启测距定时器 ;测量间隔控制（约
; ;**************************************************** ;* 中断程序* * ;**************************************************** ;T0中断，65毫秒中断一次 INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0 ;启动计数器T0，用以计算超声 来回时间 SETB TR1 ;开启发超声波用定时器T1 OUT: RETI ;T1中断，发超声波用
ORG 000BH LJMP ORG 0013H
INTT0
RETI ORG 001BH LJMP ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI
INTT1
; ;******************************************** ;* 主 程 序 * ;******************************************** ; START: MOV SP,#4FH MOV R0,#40H ;40H-43H为显示数据存放 单元（40H为最高位） MOV R7,#0BH CLEARDISP: MOV @R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H,#00H MOV TMOD,#21H ;T1为8位自动重装模 式，T0为16位定时器 MOV TH0,#00H ;65毫秒初值 MOV TL0,#00H MOV TH1,#0F2H ;40KHZ初值 MOV TL1,#0F2H MOV P0,#0FFH MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH MOV R4,#04H ;超声波肪冲个数控制
3
系统硬件电路的设计
硬件电路主要分为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。 3.1 单片机系统及显示电路
单片机采用89C51或其兼容系列。系统采用12MHz高精度的 晶振，以获得较稳定的时钟频率，并减小测量误差。单片机用 P1.O脚输出超声波换能器所需的40kHz方波信号，利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实 用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极 管9012驱动。单片机系统及显示电路如图2所示。 3.2超声波发射电路
触发，需要延时约0.1 ms（这也就是超声波测距器会有一个最 小可测距离的原因）后才打开外中断O接收返回的超声波信 号。由于采用的是12MHz的晶振，计数器每计一个数就是 1μs，所以当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器TO 中的数（即超声波来回所用的时间）按式(3-2)计算，即可得 被测物体与测距器之间的距离。设计时取20℃时的声速为 344m/s，则有 d=(v×t)/2一(172 To/1OOOO) cm (2) 其中：To为计数器TO的计数值。 测出距离后，结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约 0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。图7所示为主程序 流程图。 4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 超声波发生子程序的作用是通过P1.O脚发送两个左右的超 声波脉冲信号（频率约40 kHz的方波），脉冲宽度为12μs左 右，同时把计数器TO打开进行计时。超声波发生子程序较简 单，但要求程序运行时间准确，所以采用汇编语言编程。 超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号， 一旦接收到返回超声波信号（即INTO引脚出现低电平），立即 进入超声波接收中断程序。进入该中断后，就立即关闭计时器 TO，停止计时，并将测距成功标志字赋值1。 如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时 器TO溢出中断将外中断O关闭，并将测距成功标志字赋值2，以 表示本次测距不成功。
3.3
超声波检测接收电路 集成电路CX20106A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。考虑到红外遥控常用的载波频率 38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利瑁它制作 超声波检测接收电路，如图3.5所示。实验证明，用CX20106A 接收超声波（无信号对
输出高电平）具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当地 更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能 力。
超声波测距器
1 功能要求
超声波测距器可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些 工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度、物 体厚度等的测量。其测量范围为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。
2
方案论证
我们知道，由于超声波指向性强，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。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 精度方面也能达到日常使用的要求。 超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超 声波；另一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电 型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它 们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用 途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超 声波换能器。 根据设计要求并综合各方面因素，本例决定采用AT89C51 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。超声波测距器系统设计框 图如图1所示。
（为赋值的一半） SETB SETB SETB SETB start1: LCALL JNB 为1 CLR LCALL SETB CLR SETB MOV 4*100=400MS） LOOP: LCALL DJNZ SJMP DISPLAY R2,LOOP Start1 EA WORK EA 00H TR0 R2,#64H ;计算距离子程序 PX0 ET0 EA TR0 DISPLAY 00H,START1
4
系统程序的设计
超声波测距器的软件设计主要由主程序、超声波发生子程 序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。由于C语言程序 有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率并 且容易精确计算程序运行的时间，而超声波测距器的程序既有
较复杂的计算（计算距离时），又要求精确计算程序运行时间 （超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混 合编程。下面对超声波测距器的算法、主程序、超声波发生子 程序和超声波接收中断程序逐一介绍。 4.1 超声波测距器的算法设计 图6示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时 刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回 来，就会被超声波接收器R接收到。这样，只要计算出从发出 超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发 生器与反射物体的距离。该距离的计算公式如下： d=s/2=(v×t)/2 (1) 其中：d为被测物与测距器的距离；s为声波的来回路程；v为 声速；t为声波来回所用的时间。 超声波也是一种声波，其声速v与温度有关。表3.1列出了 几种不同温度下的超声波声速。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，即可求能分析
调试 超声波测距器的制作和调试都较为简单，其中超声波发射 和接收采用Φ5的超声波换能器TCT40-1OF1（T发射）和TCT401OS1（R接收），中心频率为40 kHz，安装时应保持两换能器
中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超 声接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰性能。根据测 量范围要求不同，可适当地调整与接收换能器并接的滤波电容 C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。 硬件电路制作完成并调整好后，便可将程序编译好下载到 单片机试运行。根据实际情况，可以修改超声波发生子程序每 次发送的脉冲个数和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的 测量需要。 5.2 性能指标 根据文中电路参数和程序，测距器可测量的范围为0.07～ 2.50m。测距器的最大误差不超过1cm。
超声波发射电路原理图如图3所示。发射电路主要由反向 器74LS04和超声波换能器构成，单片机Pl.0脚输出的40kHz方
波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另 一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种 推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波的 发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。 上拉电阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的 驱动能力；另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，以缩短 其自由振荡的时间。 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超 声波换能器内部结构如图4所示，它有两个压电晶片和一个共 振板。当它的两极外加脉冲信号，其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，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极间 未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振 动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器 了。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用 时应分清器件上的标志。