超声波测距器设计
基于单片机超声波测距系统的设计和实现
基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。
在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。
一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。
其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。
超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。
2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。
3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。
以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。
4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。
二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。
设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。
2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。
包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。
3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。
包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。
5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。
如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。
三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。
该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。
同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案
毕业设计方案超声波测距仪的设计方案1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发送超声波信号并接收回波来测量距离。
本文将介绍一种基于超声波的测距仪设计方案，用于毕业设计项目。
2. 设计目标本设计方案的主要目标是设计一种精确、稳定、成本效益高的超声波测距仪。
具体而言，设计要求如下：- 测距范围：至少10米- 测量精度：在0.5%以内- 响应时间：小于100毫秒- 成本：尽可能低廉- 可靠性：能够在不同环境条件下稳定工作3. 设计原理超声波测距仪的工作原理是利用超声波在空气中传播速度恒定的特性，通过测量超声波的往返时间来计算距离。
一般来说，超声波测距仪由发射模块和接收模块组成。
发射模块：发射模块用于发送超声波信号，通常由脉冲发生器和超声波发射器组成。
脉冲发生器用于产生短暂的高频脉冲信号，驱动超声波发射器将信号转换成超声波信号并发射出去。
接收模块：接收模块用于接收反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收模块一般由超声波接收器和信号处理电路组成。
超声波接收器将接收到的超声波信号转换成电信号，并通过信号处理电路进行放大、滤波和波形整形等处理，得到可用的测量信号。
距离计算：通过测量超声波的往返时间，可以计算出距离。
超声波在空气中的传播速度约为340米/秒，因此距离可以通过距离等于速度乘以时间的公式来计算。
4. 硬件设计硬件设计是实现超声波测距仪的关键。
以下是硬件设计方案的主要组成部分：超声波发射器和接收器：选择适当的超声波发射器和接收器是关键。
一般来说，发射器和接收器的频率应该相同，常见的频率有40kHz和50kHz。
此外，发射器和接收器需要具有相匹配的电特性，以确保信号的传输和接收的准确性。
脉冲发生器：脉冲发生器的设计应考虑到发射模块的需求，需要产生高频、短暂的脉冲信号。
常用的脉冲发生器电路有多谐振荡电路和555定时器电路等。
信号处理电路：接收到的超声波信号需要进行处理，以便得到可用的测量信号。
超声波测距仪的设计与调试-接收部分PPT培训课件
如何实现高精度的测距，以及在多障碍物环境下如何准确判断障碍物的 位置和距离。
实际应用案例二
案例名称
机器人避障系统
描述
在机器人避障系统中，通过安装超声波测距仪，机器人能够实时感 知周围环境，检测障碍物的距离，自动调整行进路线，实现自主避 障。
技术难点
如何处理复杂环境下的噪声干扰，以及如何提高测距的实时性和准确 性。
接收部分的软件设计
数据采集
编写软件程序，通过ADC （模数转换器）实时采集 接收到的超声波信号数据。
信号处理算法
根据实际情况，设计适当 的信号处理算法，如滤波、 去噪、特征提取等，以提 高测距精度。
数据输出
将处理后的数据输出到显 示界面或通过串口发送到 上位机进行进一步处理。
03 超声波测距仪接收部分调 试
实际应用案例三
案例名称
管道检测系统
描述
在管道检测系统中，通过将超声波测距仪搭载在管道检测 设备上，能够实时检测管道内部的状况，如管道的腐蚀程 度、堵塞情况等。
技术难点
如何克服管道内部的复杂环境，如液体、气体等对超声波 传播的影响，以及如何提高测距的精度和稳定性。
THANKS FOR WATCHING
此外，随着物联网和智能传感器技术的发展，超声波测距仪 在智能家居、智能安防等领域的应用也越来越广泛。
超声波测距仪的发展趋势
未来，随着材料科学、微电子技术和算法的进步，超声波测距仪将朝着 更小、更轻、更准确的方向发展。
新型材料和制造工艺的应用将有助于减小测距仪的体积和重量，提高其 便携性和灵活性。同时，随着算法的改进和数据处理能力的提升，超声
等措施。
测量误差大
总结词
测量误差大是超声波测距仪常见的问 题之一，表现为测量结果与实际距离 存在较大偏差。
超声波测距仪的设计方案
软件算法优化
实验结果有效
采用时间戳和温度补偿的方法，提高了超 声波测距的精度和稳定性。
经过实验验证，该超声波测距仪的测量误 差在3mm以内，满足设计要求。
研究不足与展望
实验环境限制 硬件性能提升 软件算法优化 应用领域扩展
本次实验主要在室内环境下进行，对于室外复杂环境下的测量 精度和稳定性还需要进一步验证。
[2] 王晓华, 钱燕. 基于单片机的超声波测距 仪设计[J]. 仪表技术与传感器, 2020,(04): 56-60.
[3] 张志超, 王琳. 嵌入式超声波测距 仪的设计与实现[J]. 仪表技术与传感 器, 2021,(01): 78-82.
THANKS 感谢观看
可以考虑采用更高性能的单片机和传感器，以提高超声波测距 的精度和响应速度。
可以进一步优化软件算法，例如加入目标识别和跟踪功能，提 高超声波测距的应用范围。
超声波测距技术在机器人避障、自动驾驶、安防等领域都有广 泛的应用前景，可以进一步拓展应用领域。
07 参考文献
参考文献
[1] 张涛, 王超. 超声波测距仪的设计与 实现[J]. 电子测量技术, 2019, 42(11): 105-109.
计算距离
通过测量超声波从发射到 接收的时间，计算出距离 。时间乘以声速得到距离 。
数据处理及存储
数据处理
对采集到的数据进行处理，如滤波、去噪等，以提高测量精度。
数据存储
将处理后的数据存储到存储器中，方便后续分析和处理。
人机交互界面设计
显示测量结果
通过液晶显示屏或LED显示屏显 示测量结果。
按键输入
研究超声波测距仪的设计方案 有助于提高测量精度和可靠性 ，推动相关领域的发展。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：一、硬件设计：1.选择传感器：超声波传感器是测距系统的核心部件，通常采用脉冲法进行测量。
在选择传感器时，应考虑工作频率、测量范围、精度和稳定性等参数，并根据实际需求进行选择。
2.驱动电路设计：超声波传感器需要高频信号进行激励，设计驱动电路时需要根据传感器的工作要求来设计合适的电路，保证信号稳定且能够满足传感器的工作需求。
3.接收电路设计：超声波传感器产生的脉冲回波需要经过接收电路进行信号放大和滤波处理，设计接收电路时需要考虑信号放大的增益、滤波器的截止频率以及抗干扰能力等因素。
4.控制板设计：控制板是超声波测距系统中的核心控制器，负责控制测距过程、数据处理以及通信等功能。
在设计控制板时，应根据系统的要求选择合适的微控制器或单片机，并设计合理的电路布局和电源电路。
二、软件编程：1.驱动程序开发：根据传感器的规格书和数据手册，编写相应的驱动程序，实现对超声波传感器的激励和接收。
2.距离计算算法开发：通过测量超声波的往返时间来计算距离，根据声速和时间的关系进行距离计算，并根据实际情况对计算结果进行修正。
3.数据处理和显示：根据实际需求，对测量得到的距离进行处理，并将结果显示在合适的显示设备上，如LCD屏幕或计算机等。
4.数据通信：如果需要将测量结果传输至其他设备或系统，则需要编写相应的数据通信程序，实现数据的传输和接收。
三、系统测试与优化：1.测试传感器性能：测试测距系统的稳定性、精度和灵敏度等性能指标，根据测试结果对系统参数进行优化和调整。
2.系统校准：超声波测距系统可能受到环境温度、湿度和声速等因素的影响，需要进行校准以提高测量精度。
3.系统集成与实际应用：将超声波测距系统与实际应用场景进行集成，进行实际测试和验证。
总结：超声波测距系统的设计包括硬件设计和软件编程两个方面，其中硬件设计主要包括传感器选择、驱动电路设计和接收电路设计等；软件编程主要包括驱动程序开发、距离计算算法开发、数据处理和显示以及数据通信等。
超声波测距设计毕业设计
超声波测距设计毕业设计一、引言距离测量在许多领域都具有重要的应用，如工业自动化、机器人导航、汽车防撞等。
超声波测距作为一种非接触式的测量方法，具有测量精度高、响应速度快、成本低等优点，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
本次毕业设计旨在设计一种基于超声波的测距系统，实现对目标物体距离的准确测量。
二、超声波测距原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，其在空气中的传播速度约为 340m/s。
超声波测距的原理是通过发射超声波脉冲，并测量其从发射到接收的时间间隔，然后根据声速和时间间隔计算出目标物体与传感器之间的距离。
假设发射超声波脉冲的时刻为 t1，接收到回波的时刻为 t2，声速为c，距离为 d，则距离 d 可以通过以下公式计算：d ＝ c ×（t2 t1) ／ 2三、系统硬件设计（一）超声波发射模块超声波发射模块主要由超声波换能器和驱动电路组成。
超声波换能器将电信号转换为超声波信号发射出去，驱动电路则提供足够的功率和电压来驱动换能器工作。
（二）超声波接收模块超声波接收模块主要由超声波换能器、前置放大器、带通滤波器和比较器组成。
换能器将接收到的超声波信号转换为电信号，前置放大器对信号进行放大，带通滤波器去除噪声和干扰，比较器将信号整形为方波信号。
（三）控制与处理模块控制与处理模块采用单片机作为核心，负责控制超声波的发射和接收，测量时间间隔，并计算距离。
同时，单片机还可以将测量结果通过显示模块进行显示，或者通过通信模块与上位机进行通信。
（四）显示模块显示模块用于显示测量结果，可以采用液晶显示屏（LCD）或数码管。
（五）电源模块电源模块为整个系统提供稳定的电源，包括 5V 和 33V 等不同的电压等级。
四、系统软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机的初始化、定时器的初始化、端口的初始化等。
然后进入主循环，不断地发射超声波脉冲，并等待接收回波。
当接收到回波后，计算距离，并进行显示或通信。
超声波测距仪课程设计
超声波测距仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解超声波的基本概念，掌握超声波在空气中的传播速度及计算方法。
2. 学生能描述超声波测距仪的原理，了解其组成部分及工作过程。
3. 学生能运用数学知识，根据超声波的反射时间计算出距离。
技能目标：1. 学生能够使用超声波测距仪进行实验操作，并正确读取数据。
2. 学生能够通过小组合作，进行简单的超声波测距仪组装和调试。
3. 学生能够运用所学的知识，设计并实施简单的距离测量实验。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理现象的好奇心，提高对科学技术的兴趣。
2. 学生通过动手实践，培养解决问题的能力和创新精神。
3. 学生能够认识到超声波测距技术在现实生活中的应用，提高学习的社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为物理学科实验课，适用于八年级学生。
学生在前期已经学习了声音的传播、速度计算等基础知识。
课程以实验操作为主，注重培养学生的动手能力和实际应用能力。
教学要求以学生为主体，教师为主导，引导学生主动探究，发挥学生的主观能动性。
二、教学内容1. 理论知识：- 声波基本概念复习：声波传播、速度计算。
- 超声波特性：频率、波长、传播速度。
- 超声波测距原理：回声定位、时间差法。
2. 实践操作：- 超声波测距仪的构造：探头、发射接收器、显示屏。
- 实验步骤：安装、调试、测量、数据处理。
- 实验注意事项：安全操作、数据准确性。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：复习声波知识，介绍超声波特性。
- 第二课时：讲解超声波测距原理，展示测距仪构造。
- 第三课时：分组实验，动手操作超声波测距仪。
- 第四课时：分析实验数据，讨论测量误差原因。
4. 教材章节：- 《物理》八年级下册：第二章 声现象，第四节 声的利用。
- 《物理实验》八年级下册：实验十二 超声波测距。
教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，提高学生对超声波测距技术的理解和应用能力。
超声波测距程序设计
超声波测距程序设计超声波测距是一种常用的非接触式测距技术，其原理是利用超声波在空气中传播的特性进行测量。
在超声波测距程序设计中，需要考虑到硬件设备的选择、信号处理算法的设计以及数据分析与显示等方面。
下面是一份超声波测距程序设计的详细介绍。
首先，硬件设备的选择是超声波测距程序设计的第一步。
通常情况下，超声波测距传感器包括超声波发射器和接收器两部分。
超声波发射器发射出特定频率的超声波脉冲，接收器接收到反射的超声波并进行信号放大和处理。
根据具体的应用需求，可以选择适当的超声波测距传感器。
其次，需要设计合适的信号处理算法来处理接收到的超声波信号。
根据超声波的传播速度和回波时间差，可以计算出被测物体与传感器之间的距离。
常用的信号处理算法包括时间差测量法和周期测量法。
时间差测量法是一种基于超声波的往返时间计算距离的方法。
具体实现时，首先通过发射器发射出超声波脉冲，然后通过接收器接收到反射的超声波脉冲。
利用计时器记录下超声波发射和接收的时刻，然后通过时间差换算为距离。
周期测量法是一种基于超声波的周期计算距离的方法。
具体实现时，通过发射器发射出连续的超声波信号，接收器接收到反射的超声波信号。
通过计算接收到的超声波信号的周期，然后通过周期与传播速度计算得到距离。
在信号处理算法的设计中，需要考虑到测量误差的问题。
超声波信号在传播过程中会受到多种因素的影响，例如温度、湿度、气压等。
因此，需要进行一定的误差校正，以提高测量的准确性。
最后，数据分析与显示是超声波测距程序设计中的一个重要环节。
通过采集到的测量数据，可以对被测物体的距离进行分析和显示。
通常情况下，可以通过串口或者其他通信方式将测量数据传输到上位机，然后通过上位机进行分析和显示，以便用户进行观察和判断。
综上所述，超声波测距程序设计通常包括硬件设备的选择、信号处理算法的设计以及数据分析与显示等方面。
通过合理设计和实现，可以实现对被测物体距离的准确测量，并开发出符合实际需求的超声波测距应用系统。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发射超声波信号，并接收反射信号来测量物体与测距仪之间的距离。
本文将介绍超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计，并提供该测距仪的详细设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的设计原理基于声波在空气中传播的特性。
当超声波信号发送器发出一束超声波信号时，该信号会在物体表面反射，并被接收器接收到。
通过测量超声波信号的发送和接收时间差，可以得到物体与测距仪之间的距离。
3. 硬件设计3.1 发送器设计发送器的设计主要包括超声波发射器和电路控制部分。
超声波发射器是一个压电陶瓷片，通过电路控制部分提供的电压信号激励，产生高频的超声波信号。
在设计过程中，需要考虑发射器的共振频率和驱动电压的选择，以及电路控制部分的电流保护和输出功率控制等。
3.2 接收器设计接收器的设计主要包括超声波接收器和信号处理部分。
超声波接收器接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
信号处理部分对接收到的电信号进行放大、滤波和后续处理，以提取出有效的距离信息。
3.3 距离计算通过测量发送超声波信号和接收超声波信号的时间差，可以计算出物体与测距仪之间的距离。
距离的计算公式如下：距离 = 速度 × 时间差 / 2其中，速度是超声波在空气中传播的速度，通常可以取340米/秒。
3.4 显示与输出设计中可以添加LED显示屏或者数码管等显示设备，以显示测得的距离。
同时，还可以通过串口或者无线通信等方式，将测得的距离输出到计算机或其他外部设备上进行进一步处理。
4. 软件设计在超声波测距仪的软件设计中，通常需要实现以下功能:•控制发送器和接收器的开关状态和工作频率；•读取接收器接收到的信号，并进行处理；•根据接收到的信号计算距离；•将测得的距离输出到显示设备或者外部设备。
在设计过程中，可以使用C/C++等编程语言，结合相关的硬件接口库来实现软件功能。
5. 总结本文介绍了超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计。
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
《超声波测距仪电路设计》
《超声波测距仪电路设计》超声波测距仪电路设计超声波测距仪是一种常见的测距装置，它利用超声波的传播特性来测量目标物体与测距仪之间的距离。
其基本原理是利用超声波的发射和接收来计算目标物体与设备之间的距离。
超声波测距仪的电路设计包括发射电路和接收电路两部分。
1.发射电路设计超声波测距仪的发射电路主要包括发射器、脉冲发生电路和驱动电路。
发射器是将电能转换为声能的装置，一般采用压电陶瓷材料。
脉冲发生电路是用来产生发送的超声波脉冲信号的电路，常用的是555定时器芯片，通过设置合适的频率和占空比，可以实现超声波脉冲的产生。
驱动电路主要是将脉冲信号放大，并提供足够的电流和电压来驱动发射器。
2.接收电路设计超声波测距仪的接收电路主要包括接收器、放大电路和信号处理电路。
接收器是将接收到的声波信号转换为电信号的装置，常用的是压电陶瓷材料。
放大电路主要是将接收到的微弱信号放大到合适的电平，以便后续的信号处理。
信号处理电路包括滤波器和放大器，滤波器用于滤除杂散信号，放大器用于放大清晰的接收信号。
3.其他设计考虑除了发射电路和接收电路，还需要考虑一些其他设计因素。
第一，为了减小测量误差，需要加入合适的校准电路来对测量系统进行校准。
第二，为了方便使用，可以加入显示电路，将测量结果以数字或者模拟形式显示出来。
第三，为了提高抗干扰能力，可以加入滤波器和抗干扰电路来滤除干扰信号。
总之，超声波测距仪电路设计需要考虑发射电路、接收电路以及其他设计因素，合理配置各个部分的电路参数，并利用合适的元器件和电路拓扑结构，以提高测距仪的精度和稳定性。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本和尺寸等因素，以满足具体应用的要求。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案简介超声波测距仪是一种常见的测距设备，它利用超声波的传播特性来实现对距离的测量。
本文将介绍超声波测距仪的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
硬件设计超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部件，它能够发射超声波并接收回波。
常用的超声波传感器有两种，一种是单通道超声波传感器，一种是多通道超声波传感器。
控制电路超声波传感器和微控制器之间需要通过控制电路进行连接。
控制电路主要包括电压转换电路、信号放大电路和滤波电路，它们的作用是将超声波传感器输出的模拟信号转换为微控制器能够识别的数字信号。
显示装置为了方便用户查看测距结果，超声波测距仪通常会配备一个显示装置。
显示装置可以是液晶显示屏、数码管等，通过显示装置可以直观地显示测距结果。
电源模块超声波测距仪需要一个可靠的电源供电。
电源模块可以采用锂电池、干电池或者充电电池等供电方式。
软件设计初始化配置超声波测距仪启动时需要对各个模块进行初始化配置。
这包括设置超声波传感器的工作频率和增益，设置控制电路的参数，以及初始化显示装置等。
超声波测距算法超声波测距算法是超声波测距仪的核心算法，它主要用于计算超声波传感器发射的超声波到接收回波之间的时间差，从而得到距离。
常用的超声波测距算法有三角函数法、脉冲回波法和相位差法等。
其中，三角函数法是最简单的算法，适用于测量距离较短的情况；脉冲回波法和相位差法适用于测量距离较长的情况，但需要更为复杂的计算。
距离显示软件设计中还需要考虑如何将测得的距离值进行显示。
可以通过数码管、液晶显示屏或者计算机界面等方式进行显示。
报警功能超声波测距仪还可以增加报警功能，当检测到距离超过设定的阈值时，触发报警，提示用户该区域存在障碍物。
总结超声波测距仪的设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计包括超声波传感器、控制电路、显示装置和电源模块的设计。
软件设计包括初始化配置、超声波测距算法、距离显示和报警功能等。
通过合理设计和优化算法，可以实现一个精准、稳定的超声波测距仪。
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)。
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。
超声波测距仪的设计与调试-发射部分
超声波发射电路基本原理
振荡电路
驱动电路
超声波发射头
基于555的超声波发射电路
01
控制电路部分
02
振荡电路部分
03
驱动电路部分
超声波发射电路——基于555的振荡器
本电路中采用555定时器构成振荡电路，2脚（6脚）及地之间的电容不断的进行充、放电，导致555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输出端3脚交替输出高电平与低电平，输出波形为近似矩形波，此电路也称为自激多谐振荡器。
实训6：超声波发射电路的制作与调试
实训6：超声波发射电路的制作与调试
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表1：测试本实训系统的幅频特性
Control IC2组成超声波载波信号发生器。由IC1输出的脉冲信号控制，输出约1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止约70ms。
超声波测距仪的设计与调试 ——发射部分
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本系统中超声波测距基本原理
由于超声波指向性强，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、物位测量仪等。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，因此得到了广泛的应用。 在本系统中，我们主要应用的是反射式检测方式。即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后就立即停止计时。超声波在空气中传播速度为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=340·t/2，这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距仪课程设计
超声波测距仪课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，培养学生进行实际操作和简单故障排除的能力。
知识目标：使学生了解超声波测距仪的工作原理、主要组成部分及其功能；掌握超声波测距仪的调试和使用方法。
技能目标：培养学生使用超声波测距仪进行实际测量和数据处理的能力；培养学生对超声波测距仪进行简单维护和故障排除的能力。
情感态度价值观目标：培养学生对科学技术的兴趣和好奇心，提高学生解决实际问题的能力，使学生认识到科技对生活的重要作用。
二、教学内容本课程的主要内容包括超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，以及超声波测距仪的操作和维护。
1.超声波测距仪的基本原理：介绍超声波的产生、传播和接收，以及超声波测距的原理。
2.超声波测距仪的结构和工作方式：介绍超声波测距仪的主要组成部分，如超声波发生器、接收器、放大器等，以及它们的工作原理。
3.超声波测距仪的操作：介绍超声波测距仪的操作方法，如调试、测量和数据处理。
4.超声波测距仪的维护和故障排除：介绍超声波测距仪的维护方法，如清洁、润滑等，以及故障排除的方法。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过讲解超声波测距仪的基本原理、结构和工作方式，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：通过分组讨论，让学生深入了解超声波测距仪的操作和维护方法。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生学会解决实际问题。
4.实验法：通过实际操作，让学生熟练掌握超声波测距仪的使用方法。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用符合课程标准的教材，为学生提供系统、科学的学习资料。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，为学生提供更多的学习资源。
3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，为学生提供直观、生动的学习内容。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案一、引言超声波测距仪广泛应用于工业领域中的距离测量需求。
本文将介绍一种超声波测距仪的设计方案，以满足高精度、稳定性和可靠性的要求。
二、设计原理超声波测距仪的设计基于超声波测距原理，即通过发送超声波信号到目标物体，并测量回波信号的时间差来计算距离。
具体设计方案如下。
1. 发射装置为保证发射的超声波信号稳定且具有较高的频率精度，我们选用一种高品质的压电陶瓷振荡器作为发射装置。
该振荡器能够提供稳定的超声波信号，并具有快速响应和较低的失真率。
2. 接收装置为捕获和处理回波信号，我们采用一个高灵敏度的超声波接收器。
该接收器能够有效接收和放大回波信号，并通过滤波和放大电路将其转化为数字信号。
3. 信号处理为了准确计算距离，我们使用微处理器进行信号处理。
微处理器通过测量发射与接收之间的时间差，并根据声速来计算出距离。
三、主要模块设计为确保超声波测距仪的可靠性和性能，我们将其设计分为以下几个主要模块。
1. 信号发射模块该模块由压电陶瓷振荡器和驱动电路组成。
振荡器负责产生高频稳定的超声波信号，驱动电路用于提供所需的电源和信号放大。
2. 信号接收模块该模块包括超声波接收器、放大电路和滤波电路。
超声波接收器接收回波信号，并将其放大后传递给滤波电路，以去除噪声和杂散信号。
3. 信号处理模块该模块由微处理器和相关电路组成。
微处理器负责计算距离，并将结果显示在相关显示装置上。
四、性能优化与安全保障为提高超声波测距仪的性能并确保使用过程中的安全可靠，我们采取以下措施。
1. 信号干扰处理在设计中加入了信号滤波电路和抗干扰电路，以防止外界干扰对测距精度的影响。
2. 电源管理采用高质量的电源管理模块，以确保供电稳定并防止电源的波动对测距仪的正常工作产生影响。
3. 结构设计在外壳设计中考虑到机械强度和防水性能，以保证超声波测距仪在各种环境下的可靠性和耐用性。
五、应用场景超声波测距仪的设计方案可以广泛应用于以下情景：1. 无人驾驶超声波测距仪可用于无人驾驶汽车中的障碍物检测和距离测量，以确保行驶安全。
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。
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74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设 备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 *74LS24 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入 数据。 *当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能 力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 *当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） *DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高 电平时，A、B均为高阻态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控 制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与 74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8051的/RD 和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入 （P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。 超声波测距器系统设计框图 三、系统组成
摘要------------------------------------------------2 1、 总体设计框架图----------------------------------2 2、单元电路设---------------------------------------2 2.1.1主控芯片89C51----------------------------2 2.1.2主控芯片89C51电路原理图-----------
74ls245引脚图
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器， 74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据 缓冲器。单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控 制端 和2G 控制； 双向的有16个三态驱动器，每个方向 8个。在控制端 有效时( 为低电平)，由DIR端控制驱动方 向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0”时方向从 右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如
三、系统程序设计 超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程 序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测 距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程 序逐一介绍。
1．超声波测距器的算法设计 下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时 刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回 来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到 接受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。 距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2 *d为被测物与测距器的距离 ，s为声波的来回路程，c为声 速，t为声波来回所用的时间 声速c与温度有关，如温度变化不大，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时间，即可求得 距离。在系统加入温度传感器来监测环境温度，可进行温度被 偿。这里可以用DS18B20测量环境温度，根据不同的环境温度 确定一声速提高测距的稳定性。为了增强系统的可靠性，应在 软硬件上采用抗干扰措施。 不同温度下的超声波声速表
数码管的外形及内部结构如图1所示。图1(b)属于 共阳极结构，图1(c)采用共阴极结构。+、一分别 表示公共阳极和公共阴极。a～g是7个笔段电极， DP为小数点。另有一种字高为7．6mm的超小型LED 数码管，管脚从左右两排引出，小数点则是独立 的。 2．L印数码管的性能检测
LED数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气 泡等，在业余条件下可用干电池进一步检测。如图 2所示。以共阴极数码管为例介绍检测方法。;将 3;V干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共 阴极上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极 端。这一根引出线接触到某一笔画的正极端时，那 ～笔画就应显示出来。用这种简单的方法就可检测 出数码管是否有断笔(某笔画不能显示)，连笔(某 些笔画连在一起)，并且可相对比较出不同的笔画 发光的强弱性能。若检测共阳极数码管，只需将电 池正负极引出线对调一下，方法同上。
2.1.2主控芯片89C51电路原理图
2.2.1显示模块
LED数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管. 将条状发光二极 管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成"8"字,再把发光二极 管另一电极作笔段电极,就构成了LED数码管.若按规定使某些笔段上的 发光二极管就能显示从0～9的…系列数字。同荧光数码管、辉光数码管 (NRT)相比它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色 性好、发光响应的时间短，能与TTL,CMOS电路兼容等的常见LED
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离 远，因而超声波可以用于距离的测量。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 达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声 波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量， 可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51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，超声波测距器的系统框图如下 图所示：
硬件部分 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。采用AT89S51来实现对CX20106A红 外接收芯片和TCT40- 10系列超声波转换模块的控制。单片机 通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停 的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就 认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的 时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 软件部分 主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序 及显示子程序等部分。 系统硬件电路设计
1、总体设计框架图
2、 单元电路设计 2.1.1主控芯片89C51 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储 器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable
Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微 处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪 烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采 用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工 业标准的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，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控 制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 引脚结构图
实验报告书
设计题目： 实验者姓名： 所在学院： 所在班级： 学号： 指导老师：
超声波测距器设计 自动化，超声波将在科学技术中的应用
越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分 析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以 及超声波在介质的传播特性等知识，采用以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。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定 性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波 换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、 波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详 细说明。该测距仪最大测量距离是6米，精确度是0.1mm。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，可以用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业 现场，例如：测量液位、井深、管道长度等场合。可以广泛应 用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作 业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。 关键词 单片机AT82S51 超声波 传感器 测量距离
数显器件。
液晶指令集： 2.3.1无线数据传输模块
2. 超声波发射电路原理图示： CD4049功能简介: CD4049 六反相缓冲器/转换器.,CD4049是六反相缓冲器，具有 仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电 平转换时，输入高电平电压(V IH)超过电源电压V CD。该器件 主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个 DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4049仅需要一电 源电压，可取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转 换器。CD4049与CD4009引出端排列一致，16引出端是空脚 ， 与内部电路无连接。若使用时不要求高的漏电流或电压转换， 推荐使用CD4049六反相器。 CD4049引脚图:
超声波发射电路 压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部 结构上图所示，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 是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时， 将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就 成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结 构32功能特点简介: NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一种 双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放 大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力 和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高 品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如 果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证 噪声电压指标。 NE5532特点： •小信号带宽：10MHZ •输出驱动能力：600Ω，10V有效值 •输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值) •直流 电压增益：50000 •交流电压增益：2200-10KHZ •功率带宽： 140KHZ •转换速率： 9V/μs •大的电源电压范围：±3V-±20V •单位增益补偿