单片机课程设计_智能超声波测距小车设计
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。
基于单片机的超声波测距仪设计与实现
企业组织结构类型１、直线制直线制是一种最早也是最简单的组织形式。
其特点是企业各级行政单位从上到下实行垂直领导，下属部门只接受一个上级的指令，各级主管负责人对所属单位的一切问题负责。
厂部不另设职能机构（可设职能人员协助主管人工作），一切管理职能基本上都由行政主管自己执行。
直线制组织结构的优点是：结构比较简单，责任分明，命令统一。
２、职能制职能制组织结构，是各级行政单位除主管负责人外，还相应地设立一些职能机构。
如在厂长下面设立职能机构和人员，协助厂长从事职能管理工作。
这种结构要求行政主管把相应的管理职责和权力交给相关的职能机构，各职能机构就有权在自己业务范围内向下级行政单位发号施令。
因此，下级行政负责人除了接受上级行政主管人指挥外，还必须接受上级各职能机构的领导。
３、直线—职能制直线－职能制，也叫生产区域制，或直线参谋制。
它是在直线制和职能制的基础上，取长补短，吸取这两种形式的优点而建立起来的。
４、事业部制事业部制最早是由美国通用汽车公司总裁斯隆于1924年提出的，故有“斯隆模型”之称，也叫“联邦分权化”，是一种高度（层）集权下的分权管理体制。
它适用于规模庞大，品种繁多，技术复杂的大型企业，是国外较大的联合公司所采用的一种组织形式，近几年中国一些大型企业集团或公司也引进了这种组织结构形式。
５、模拟分权制这是一种介于直线职能制和事业部制之间的结构形式。
许多大型企业，如连续生产的钢铁、化工企业由于产品品种或生产工艺过程所限，难以分解成几个独立的事业部。
又由于企业的规模庞大，以致高层管理者感到采用其他组织形态都不容易管理，这时就出现了模拟分权组织结构形式。
６、矩阵制在组织结构上，把既有按职能划分的垂直领导系统，又有按产品（项目）划分的横向领导关系的结构，称为矩阵组织结构。
基于单片机的超声波测距仪的设计
基于单片机的超声波测距仪的设计超声波测距仪是一种常见的测量距离的仪器，它使用超声波的反射原理来测量被测物体与测距仪之间的距离。
基于单片机的超声波测距仪可以实现更精确、更灵活的测距功能。
本文将详细介绍基于单片机的超声波测距仪的设计。
首先，我们需要选择合适的硬件平台。
单片机作为核心芯片，可以选择AT89C51或者STM32等。
超声波传感器可以选择HC-SR04或者JSN-SR04T等。
此外，我们还需要一块LCD显示屏用于显示测距结果，以及一些电路连接线等。
接下来，我们需要设计电路部分。
首先，将超声波传感器的VCC引脚连接到单片机的5V引脚，将GND引脚连接到单片机的GND引脚。
然后，将超声波传感器的Trig引脚连接到单片机的一些IO口，将Echo引脚连接到单片机的另一个IO口。
最后，将LCD的引脚连接到单片机的相应IO 口，至此电路部分完成。
接下来，我们需要编写相应的软件程序。
首先，我们需要初始化单片机的IO口，将Trig引脚设置为输出模式，Echo引脚设置为输入模式。
然后，我们需要设置中断，以便能够检测到Echo引脚电平的变化。
当超声波传感器发出一次超声波后，Echo引脚将会有一次脉冲输出，该脉冲的宽度与被测物体与测距仪之间的距离成正比。
我们可以通过测量脉冲的宽度来计算出距离。
在进行测距之前，我们需要先发出一段超声波。
通过设置Trig引脚为高电平，持续10us，然后将其设为低电平，即可发出一段超声波。
接下来，我们需要在中断服务函数中记录下Echo引脚电平变化的时间，即可以得到Echo引脚电平变化的时间间隔。
根据声速的传播速度，我们可以将时间间隔转换为距离。
最后，我们将测量到的距离结果显示在LCD屏幕上。
通过调用LCD驱动程序中的相应函数，我们可以将距离结果以字符串的形式显示在LCD屏幕上。
综上所述，基于单片机的超声波测距仪的设计包括硬件电路的设计和软件程序的编写。
硬件电路主要包括超声波传感器、单片机、LCD显示屏等的连接，软件程序则主要包括初始化IO口、设置中断、发出超声波、测量脉冲宽度、计算距离和显示结果等的功能。
基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计
超声波测距系统是一种常见的测距技术，它利用超声波的特性来测量物体与传感器之间的距离。
基于单片机的超声波测距系统是一种常见的应用，它可以广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。
基于单片机的超声波测距系统主要由超声波传感器、单片机、LCD 显示屏和电源等组成。
超声波传感器是测距系统的核心部件，它可以发射超声波信号并接收反射回来的信号。
单片机是控制系统的核心部件，它可以对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。
LCD显示屏可以显示测量结果，方便用户进行观察和操作。
在设计基于单片机的超声波测距系统时，需要注意以下几点：
1.选择合适的超声波传感器。
传感器的频率和探测距离是选择传感器时需要考虑的重要因素。
2.选择合适的单片机。
单片机的处理速度和存储容量是选择单片机时需要考虑的重要因素。
3.编写合适的程序。
程序需要能够对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。
同时，程序还需要能够将测量结果显示在LCD显示屏上。
4.进行系统测试。
在完成系统设计后，需要进行系统测试，确保系统能够正常工作，并且测量结果准确可靠。
基于单片机的超声波测距系统具有测量精度高、响应速度快、体积小等优点，可以广泛应用于各种领域。
在未来，随着技术的不断发展，基于单片机的超声波测距系统将会得到更广泛的应用。
基于单片机控制的超声波测距系统的设计
基于单片机控制的超声波测距系统的设计一、概述。
超声波测距技术是一种广泛应用的测距技术，它能够非常精确地测量物体到传感器的距离。
本文介绍的基于单片机控制的超声波测距系统主要由控制模块、信号处理模块和驱动模块三部分组成。
其中，控制模块主要实现超声波信号的发射与接收，信号处理模块主要实现对测量结果的处理和计算，驱动模块主要实现对LED灯的控制。
二、硬件设计。
1.超声波发射模块：采用 SR04 超声波发射传感器，并通过单片机的PWM 输出控制 SR04 的 trig 引脚实现超声波信号的发射。
2.超声波接收模块：采用SR04超声波接收传感器，通过单片机的外部中断实现对超声波信号的接收。
3.控制模块：采用STM32F103单片机，通过PWM输出控制超声波发射信号，并通过外部中断接收超声波接收信号。
4.信号处理模块：采用MAX232接口芯片，将单片机的串口输出转换成RS232信号，通过串口与上位机进行通信实现测量结果的处理和计算。
5.驱动模块：采用LED灯，通过单片机的GPIO输出控制LED灯的亮灭。
三、软件设计。
1.控制模块：编写程序实现超声波信号的发射与接收。
其中，超声波发射信号的周期为 10us，超声波接收信号的周期为 25ms。
超声波接收信号的处理过程如下：（1）当 trig 引脚置高时，等待 10us。
（2）当 trig 引脚置低时，等待 echo 引脚为高电平，即等待超声波信号的回波。
（3）当 echo 引脚为高电平时，开始计时，直到 echo 引脚为低电平时，停止计时。
（4）根据计时结果计算物体到传感器的距离，将结果通过串口输出。
2.信号处理模块：编写程序实现接收计算结果，并将结果通过串口与上位机进行通信。
具体步骤如下：（1）等待串口接收数据。
（2）当接收到数据时，将数据转换成浮点数格式。
（3）根据测量结果控制LED灯的亮灭。
以上就是基于单片机控制的超声波测距系统的设计。
该系统能够通过精确测量物体到传感器的距离并对测量结果进行处理和计算，能够广泛应用于各种实际场合。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计超声波测距仪是一种利用超声波测量距离的装置，具有测量速度快、精度高、非接触等特点，在机器人导航、自动控制、无损检测等领域得到了广泛的应用。
随着单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波测距仪设计成为了可能，具有体积小、成本低、易于集成等优点。
本文将介绍一种基于单片机的超声波测距仪的设计与实现方法。
超声波测距仪的工作原理是利用超声波的传输特性来实现距离的测量。
超声波发射器发出超声波，超声波在空气中传播，遇到障碍物或被测物体后反射回来，被超声波接收器接收。
根据超声波的传播速度和传播时间，可以计算出超声波发射器与被测物体之间的距离。
一般来说，超声波的传播速度为340m/s，因此，距离计算公式为：距离 =传播速度×时间 / 2。
本设计选用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，该单片机具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，满足系统的要求。
超声波测距仪的硬件部分包括超声波发射器、超声波接收器、单片机控制器和显示模块。
具体设计方案如下：（1）超声波发射器：采用HC-SR04模块，该模块集成了超声波发射器和接收器，输出脉冲宽度为5ms，驱动电压为5V。
（2）超声波接收器：同样采用HC-SR04模块，接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号输出。
（3）单片机控制器：选用STM32F103C8T6单片机，接收超声波接收器输出的电信号，通过计算得到距离值，并将其输出到显示模块。
（4）显示模块：采用液晶显示屏，用于显示测量得到的距离值。
（1）初始化模块：对单片机、HC-SR04模块和液晶显示屏进行初始化。
（2）超声波发射模块：通过单片机控制HC-SR04模块发射超声波，并开始计时。
（3）超声波接收模块：接收反射回来的超声波信号，并输出到单片机。
（4）距离计算模块：根据超声波的传播速度和传播时间，计算出超声波发射器与被测物体之间的距离，并将其存储在单片机的存储器中。
（5）显示模块：将计算得到的距离值输出到液晶显示屏上。
基于单片机的超声波测距器课程设计
嵌入式系统基础课程设计报告书——超声波测距器学院：信息工程学院班级：电子信息0801姓名：李占抚学号：2008001194一、课设题目：基于单片机的超声波测距器二、设计目的：设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车位置监控，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0.10-10.00m，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，能够手工设定报警量值。
三、设计思路：本系统的设计思想是采用MCS51单片机为核心，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。
超声波测距可测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在LED上显示出来。
当然还可以设置若干个键，以用来控制电路的工作状态。
限制的最大可测距离存有四个因素:超声波的幅度，反射面的质地，反射面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。
根据设计要求并综合各方面因素，采用单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号可以用单片机的定时器和计数器来完成。
三、设计原理本设计采用MCS51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和计数器来完成，超声波测距器的系统框图如图1所示：图1 超声波测距器系统的框图系统框图中的单片机MCS51用来协调各个单元，超声波接收电路用来接收要接收的信号，超声波发射电路用来发射需要发射的信号，存储器用来存储接收的信号，用数码管LED显示距离。
四、系统框图：本设计就是以MCS51单片机为核心。
它采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成。
该系统的主程序处于键控循环工作方式，当按下测量键时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并把测量结果用显示子程序在数码管上显示出来。
虽然用一个单独计时器电路也可以测量超声波的传输时间，但利用MCS51单片机可以简化设计，便于操作和直观读数。
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单片机超声波测距报警系统课程设计
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计一、引言超声波测距技术是一种常见的非接触式测距技术，具有测距范围广、精度高等优点。
在日常生活中，超声波测距技术被广泛应用于车辆倒车雷达、智能家居中的人体感应等领域。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距报警系统的课程设计。
二、设计思路本课程设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。
硬件部分主要包括超声波模块、LCD显示屏、蜂鸣器等模块的连接和电路设计；软件部分主要包括51单片机程序设计及LCD显示程序编写。
三、硬件设计1. 超声波模块连接超声波模块是实现测距功能的核心部件。
在本课程设计中，我们采用HC-SR04型号的超声波模块。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VCC引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将GND引脚连接到51单片机上的GND；- 将Trig引脚连接到P2.0口；- 将Echo引脚连接到P2.1口。
2. LCD显示屏连接LCD显示屏用于显示测距结果和报警信息。
在本课程设计中，我们采用1602型号的LCD显示屏。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VSS引脚连接到51单片机上的GND；- 将VDD引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将VO引脚连接到一个10K电位器，再将电位器两端分别接到GND 和5V电源；- 将RS引脚连接到P1.0口；- 将RW引脚连接到P1.1口；- 将EN引脚连接到P1.2口；- 将D4-D7引脚分别连接到P0口的高四位。
3. 蜂鸣器连接蜂鸣器用于报警。
在本课程设计中，我们采用被动式蜂鸣器。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将正极引脚（一般为长针）连接到51单片机上的P3.7口；- 将负极引脚（一般为短针）连接到51单片机上的GND。
四、软件设计1. 51单片机程序设计在本课程设计中，我们采用Keil C51作为编程工具，使用C语言编写程序。
主要程序流程如下：- 定义超声波模块的Trig和Echo引脚；- 定义LCD显示屏的RS、RW、EN和D4-D7引脚；- 定义蜂鸣器的引脚；- 定义变量存储测距结果和报警状态；- 初始化LCD显示屏、超声波模块等模块；- 循环执行以下操作：- 发送超声波信号并计算回波时间，从而得到距离值；- 根据距离值判断是否需要报警，并控制蜂鸣器发出报警声音；- 将测距结果和报警状态显示在LCD显示屏上。
基于STM32单片机的超声波智能避障小车设计.-毕业论文
本科生毕业设计（论文）论文题目基于STM32单片机的超声波智能避障小车设计基于STM32单片机的超声波智能避障小车设计摘要随着我国经济的高速发展,汽车已经成为人们生活中必不可少的出行工具。
但汽车数量的不断增加,也导致了各种交通事故。
车辆追尾、刮蹭以及疲劳驾驶事故等类似事故的频繁发生,严重的影响了安全秩序并造成经济损失,如何有效避免交通事故成为问题的关键。
此外，随着智能汽车的研究不断加深，基于人工智能的半自动驾驶或是全自动驾驶正在潜移默化影响着未来人们的驾驶习惯，安全、高效并且减少驾驶员压力等诸多元素逐渐成为未来智能车的发展趋势。
本次设计了一款智能超声波避障小车模型,采用STM32编程环境的单片机,结合超声波测距系统与步进电机控制系统,实现智能车自主避障功能。
拟解决的主要问题为:智能车超声波传感器对道路环境进行信息采集,单片机进行实时的数据处理和程序执行,完成误差计算并对电机进行PWM脉冲调制进行转向避障。
另外，还设计了单片机主控系统、基于红外传感器的黑线循迹系统、基于光敏电阻的智能寻光系统、基于光电对射传感器的车速检测显示系统以及红外遥控系统。
重点研究信息采集过程和电机驱动过程,对提高超声波传感器测量精度、测量范围以及不同转弯方案进行了分析讨论。
针对障碍物超过超声波传感器检测范围时小车软件程序的不执行,采用了舵机平台式超声波检测法。
针对多方向同时遇到障碍物的情况小车易发生刮蹭问题,采用了后退式检测法。
针对不同速度下的转弯方式进行分析讨论，计算设计了两种安全距离下的转弯流程。
此外，重点分析其它传感器模块的选型设计部分，完成基本功能要求。
后期对各模块系统进行了整合调试，记录数据分析并进行方案优化。
关键词：自动驾驶；超声波避障；PWM脉冲调制；舵机平台式；电机控制AbstractWith the rapid development of Country's economy, cars have become an essential travel tool in people's life. However, the increasing number of cars has also led to various traffic accidents. The frequent occurrence of similar accidents such as rear-end collision, scraping and fatigue driving accidents seriously affect the social safety order and cause economic losses. How to effectively and usefully avoid traffic accidents becomes the key to the problem. In addition, with the deepening of the research on the smart cars, semi-automatic driving or automatic driving based on artificial intelligence is influencing people's driving habits in the future, and many elements such as safety, high efficiency and reducing driver pressure are gradually becoming the development trend of smart cars in the future.This time we design a intelligent ultrasonic obstacle avoidance car model , which uses a single chip microcomputer in STM32 programming environment and combines ultrasonic ranging system and stepping motor control system , to realize the autonomous obstacle avoidance function of the intelligent car. The main problems to be solved are: intelligent vehicle ultrasonic sensor collects information on road environment, single chip microcomputer carries out real-time data processing and program execution, completes error calculation and carries out PWM pulse modulation on motor for steering and obstacle avoidance. In addition, the MCU control system, black line tracking system based on infrared sensor, intelligent light-finding system based on photosensitive resistor, speed detection and display system based on photoelectric counter sensor and infrared remote control system are also designed.The information acquisition process and motor driving process are mainly studied, and the improvement of measurement accuracy, measurement range and different turning schemes of ultrasonic sensors are analyzed and discussed. Aiming at the non-execution of the car software program when the obstacle exceeds the detection range of the ultrasonic sensor, the steering gear platform ultrasonic detection method is adopted. In view of the fact that the car is easy to scratch when encountering obstacles in multiple directions at the same time, the backward detection method is adopted. The turning modes at different speeds are analyzed and discussed, and the turning processes at two safe distances are calculated and designed. In addition, the selection and design of other sensor modules are mainly analyzed to fulfill the basic functional requirements. In the later period, the system of each module was integrated and debugged, the data was recorded and analyzed, and the scheme was optimized.Key words:automatic driving; Ultrasonic obstacle avoidance; PWM pulse modulation; Steering gear platform type; Motor control目录摘要 (II)Abstract ............................................................ 错误!未定义书签。
单片机课程设计超声波测距离
超声波测距系 统的功耗：功 耗较低，适合
长时间使用
评估指标：包括测量精度、 响应速度、稳定性等
测试方法：采用标准测试方法， 如距离测量误差、响应时间等
改进建议：针对测试结果，提 出改进方案，如优化算法、提
高硬件性能等
评估结果：对改进后的系统性 能进行再次评估，确保达到预
期效果
总结与展望
课程设计目标：掌握超声波测距原 理，提高实践能力
提高稳定性：通过 优化硬件设计和软 件算法，提高系统 的稳定性
拓展应用领域：将 超声波测距技术应 用于更多领域，如 机器人、无人机等
感谢您的观看
汇报人：
测试条件：温度、湿度、光照、 噪音等
测试方法：静态测试、动态测 试、模拟测试等
准备测试环境：确保测 试环境无干扰，温度适
宜，湿度适中
连接测试设备：将超声 波测距系统与测试设备 连接，确保连接稳定
设定测试参数：设定测 试距离、测试次数、测
试精度等参数
启动测试：启动超声波 测距系统，开始测试
记录测试数据：记录测 试过程中的距离、时间、
超声波传感器通过发射超声波信号，接收反射信号，计算距离 超声波传感器由发射器、接收器和信号处理电路组成 发射器发出超声波信号，接收器接收反射信号，信号处理电路计算距离 超声波传感器的测量精度与发射频率、接收灵敏度、信号处理算法等因素有关
超声波测距原理：通过测量超声波在空气中的传播时间和距离，计算目标物体的距离 误差来源：超声波在空气中的传播速度、温度、湿度、气压等环境因素的影响 误差分析：通过实验数据，分析误差来源和影响程度，提出改进措施 误差补偿：通过软件或硬件方法，对误差进行补偿，提高测量精度
● 优势： a. 控制精度高：可以精确控制超声波发射和接收的时间 b. 响应速度快：可以快速响应超声波信号的变化 c. 功耗低：适合长时间连续工作 d. 体积小：便于携带和安装
基于单片机的超声波测距仪系统设计
基于单片机的超声波测距仪系统设计一、本文概述随着科技的不断发展，超声波测距技术因其非接触性、高精度和快速响应等优点，在机器人导航、工业自动化、智能家居等领域得到了广泛应用。
本文旨在设计一种基于单片机的超声波测距仪系统，通过深入研究超声波测距原理，结合单片机控制技术，实现一种低成本、高性能的超声波测距解决方案。
文章首先介绍了超声波测距的基本原理和常用方法，然后详细阐述了基于单片机的超声波测距仪的硬件设计，包括超声波发射电路、接收电路、信号处理电路等关键部分的设计思路和实施方法。
接着，文章对测距软件算法进行了深入探讨，包括超声波传播时间的测量、距离计算等关键步骤的实现。
文章对设计的系统进行了测试，验证了系统的可靠性和稳定性。
通过本文的研究，希望能为相关领域提供有益的参考，推动超声波测距技术的发展。
二、超声波测距原理超声波测距是一种非接触式的距离测量方式，其基本原理是利用超声波在空气中的传播速度以及回声的时间差来计算距离。
超声波测距仪主要由超声波发射器、接收器和控制电路组成。
在超声波测距仪中，单片机发出控制信号给超声波发射器，使其发射出一定频率的超声波。
当超声波在空气中传播遇到障碍物时，会发生反射，反射波被接收器接收。
由于超声波在空气中的传播速度已知（约为340m/s），单片机可以通过测量发射信号和接收反射信号之间的时间差，即回声时间，来计算出超声波从发射到接收所经过的距离。
具体计算公式为：距离 = (超声波速度×回声时间) / 2。
需要注意的是，由于超声波在传播过程中会受到空气温度、湿度、风速等因素的影响，因此实际测量中需要对这些因素进行补偿，以提高测距的精度。
为了避免测量误差，还需要在硬件设计中考虑超声波发射和接收的角度、距离以及环境噪声等因素。
在单片机系统中，通过编程实现超声波发射、接收以及回声时间的测量。
单片机可以根据实际需要选择合适的计时器或定时器，对发射和接收信号进行精确的时间记录，并通过算法计算出距离值。
基于单片机超声波测距系统的设计
基于单片机超声波测距系统的设计
随着科技的不断发展，基于单片机超声波测距系统已经被广泛应用于许多领域，如自动化、机器人、测量等。
本文将介绍基于单片机超声波测距系统的设计。
设计方案：
该系统主要由单片机、超声波模块、LCD等组成。
超声波模块用于发射超声波信号，单片机接收到反射回来的信号后，通过计算距离并显示在LCD屏幕上。
系统设计步骤：
1. 确定超声波模块和单片机型号和接口要求，选择合适的开发板和LCD模块。
2. 初始化系统，简单介绍超声波模块的工作机制和单片机的GPIO设置等。
3. 构建超声波测距传感器电路，并与单片机进行连接。
4. 实现软件算法，通过读取并分析超声波传感器返回的脉冲信号，实
现距离计算。
5. 显示测量距离，使用LCD屏幕，将测量值实时展示在屏幕上。
6. 优化系统，例如添加校准机制，提高测量精度等。
优点分析：
1. 精度高：使用超声波测距，可以实现很高的精度。
事实上，这种测量方式比使用红外测量更为精确。
2. 成本低：由于是单片机控制，成本较低，非常适合中小企业和个人使用。
同时，超声波传感器的价格也很低廉。
3. 功能强大：系统可以通过更改算法实现多种应用，如障碍物避免，自适应控制等。
4. 易用性强：系统设计结构简单，使之易于使用。
总结：
本篇论文介绍了一种基于单片机超声波测距的系统设计方案，实现了非常简单的超声波测距，精度高、成本低、功能强大等优点。
预计可以在物联网、机器人、自动化等领域得到广泛应用。
单片机课程设计_智能超声波测距小车设计
单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：指导教师意见：成绩:签名：年月日单片机系统课程设计设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：单片机系统课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目智能超声波测距小车设计课题性质工程设计课题来源选题指导教师主要内容（参数）利用89C51设计智能小车超声波测距，实现以下功能：1.智能小车能够按照给定的程序进行运动，包括前进、后退、左拐、右拐的运动控制。
2.小车运动过程中，超声波测距模块正常工作，并将结果显示在1602液晶显示屏上。
任务要求（进度）第1-2天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。
第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5-6天：软件设计，编写程序。
第7-8天：实验室调试。
第9-10天：撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。
主要参考资料[1] 张迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．北京：国防工业出版社，2004[2]伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书[3] 阎石．数字电路技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字：年月日目录1 概述 (4)1.1 应用情况及主要功能 (4)1.2 技术指标 (5)2总体方案设计及分析 (6)2.1总体方案设计 (6)2.2 系统方案 (7)3 硬件电路设计 (7)3.1 51单片机系统 (10)3.2超声波发射和接收模块 (11)3.3 1602液晶显示屏 (13)3.4电源电路 (14)3.5电机驱动模块 (14)3.6小车骨架 (15)4 系统软件设计 (15)4.1 主程序设计 (15)4.2 定义延时程序头文件 (16)4.3电机运动控制模块 (17)4.4液晶屏显示模块 (18)4.5测距模块 (18)5总结 (19)参考文献 (20)附录A 系统原理图 (21)附录B 源程序 (21)1.概述本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的测量的。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，超声波测距技术以其非接触、高精度、实时性强等优点，在众多领域如机器人导航、自动驾驶、工业控制、安防监控等中得到了广泛应用。
单片机作为一种集成度高、控制灵活、成本较低的微控制器，是实现超声波测距系统的理想选择。
本文旨在探讨基于单片机的超声波测距系统的设计原理、硬件构成、软件编程及实际应用，以期为相关领域的科研人员和技术人员提供参考。
本文将首先介绍超声波测距的基本原理和关键技术，包括超声波的传播特性、测量原理及误差分析。
接着，详细阐述基于单片机的超声波测距系统的硬件设计，包括单片机的选型、超声波收发模块的选择与连接、信号处理电路的设计等。
在此基础上，本文将介绍系统的软件设计，包括超声波发射与接收的时序控制、距离数据的处理与显示等。
还将讨论系统的低功耗设计、抗干扰措施以及在实际应用中的优化策略。
本文将通过具体实例，展示基于单片机的超声波测距系统在机器人定位、障碍物检测等场景中的应用，以验证系统的可行性和实用性。
本文期望能为相关领域的研究提供有益的参考，推动超声波测距技术的进一步发展和应用。
二、超声波测距原理超声波测距系统主要基于超声波在空气中的传播速度以及反射原理进行设计。
超声波是一种频率高于20kHz的声波，其传播速度在标准大气条件下约为343米/秒。
在超声波测距系统中，超声波发射器向目标物体发射超声波，当超声波遇到目标物体后，会发生反射，反射的超声波被超声波接收器接收。
测距的原理在于测量超声波从发射到接收的时间差。
设超声波发射器发射超声波的时间为t1，接收器接收到反射波的时间为t2，则超声波从发射到接收所经历的时间为Δt = t2 - t1。
由于超声波在空气中的传播速度是已知的，所以可以通过测量时间差Δt来计算目标物体与测距系统之间的距离D。
距离D的计算公式为：D = V * Δt / 2，其中V为超声波在空气中的传播速度。
在实际应用中，为了确保测量的准确性，通常会采用一些技术手段来减少误差。
基于单片机的超声波测距系统设计
基于单片机的超声波测距系统设计超声波测距系统在物联网和机器人等领域有着广泛的应用。
超声波作为一种非接触的测量方式，可以有效地避免物体表面的污染，适用于各种环境下的距离测量。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计方法。
超声波测距的原理超声波测距是基于声波传播时间的测量。
超声波发射器发出超声波，经物体反射后被接收器接收。
根据声波的传播速度和接收时间，可以计算出超声波的传播距离。
常用的超声波频率为40kHz左右，其传播速度约为340m/s。
单片机与超声波测距在超声波测距系统中，单片机作为主控制器，负责控制整个系统的运行。
它接收来自超声波发射器的信号，触发超声波的发送，并计时等待超声波的返回。
当超声波被接收器接收时，单片机通过计算时间差来计算距离。
距离计算距离计算公式为：距离 =声速×时间差 / 2。
在系统中，声速是已知量，因此关键是准确测量时间差。
单片机通过计时器来精确测量从超声波发射到接收的时间，从而计算出距离。
误差分析超声波测距系统可能出现的误差主要有以下几种：1、计时器计时误差：这是时间测量误差的主要来源。
为提高计时精度，可以使用高精度的计时器或者采取软件滤波算法来降低误差。
2、声速误差：由于环境温度、湿度等因素的影响，声速可能会发生变化，从而影响测量结果。
可以通过引入温度传感器来对声速进行补偿，以减小误差。
3、反射面误差：由于被测物体的表面形状和质地等原因，超声波可能无法完全反射回来，导致测量结果偏小。
为减少误差，可以在发射端和接收端加装角度调节装置，使超声波尽量垂直于被测物体表面。
应用实例以下是一个基于单片机的超声波测距系统的设计实例：1、硬件选择：选用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，并选用HC-SR04超声波传感器作为超声波发射和接收器。
该传感器具有外接和控制电路简单、性能稳定、可靠性高等优点。
2、硬件连接：将超声波传感器的Trig和Echo引脚分别连接到单片机的GPIO口，以控制超声波的发射和接收。
基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计1. 摘要基于单片机的超声波测距系统利用了超声波的频率在20KHZ以上，具有方向性强、耗能慢、传播距离远等优点。
在传感器技术与自动控制技术相结合的测距程序中，超声波测距是最常见的应用之一，被广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑工地和一些工业用地。
本系统的设计主要包含了硬件电路和软件程序两部分。
通过分析超声波测距的基本原理，选用合适的硬件电路部分，并写入相应的控制代码，以实现一个超声波测距系统的设计思路与方案。
在设计中，核心控制单元选用了STC89C52单片机，利用超声波传感器检测出超声波信号从传感器发出、碰到待测物并反射、最后接收器接收到返回的超声波信号这一过程的时间间隔，通过超声波在一定温度下的传播速度，利用公式得出传感器与待测物之间的距离，并将结果通过1602液晶显示出来。
系统还建立了按键模块和声光报警模块，以提升实用性，并建立了温度补偿模块，以提高测距的精确度。
系统采用模块化的结构，主要由温度检测模块、超声波测距模块、独立按键模块和供电电路四部分构成输入部分，由LCD1602显示模块、蜂鸣器、LED构成输出部分，由STC89C52单片机作为中控部分处理输入部分数据并控制输出部分。
通过Proteus仿真软件验证了硬件电路和软件代码设计。
2. 绪论随着科技的不断发展，人们对距离测量的需求日益增长。
在工业自动化、智能交通、机器人导航等领域，精确的距离测量是实现系统智能化和自动化的关键。
超声波测距技术因其非接触、高精度、低成本等优点，成为距离测量的首选方法之一。
基于单片机的超声波测距系统是利用单片机控制超声波的发射和接收，通过计算超声波在空气中传播的时间来测量距离。
相比传统的机械式测距方法，基于单片机的超声波测距系统具有更高的测量精度和更广泛的应用范围。
本文旨在设计一个基于单片机的超声波测距系统，通过研究超声波的特性、传感器的选择、硬件电路的设计和软件程序的编写，实现对目标距离的高精度测量。
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单片机系统课程设计成绩评定表设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：指导教师意见：成绩:签名：年月日单片机系统课程设计设计课题：智能超声波测距小车设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：单片机系统课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目智能超声波测距小车设计课题性质工程设计课题来源选题指导教师主要内容（参数）利用89C51设计智能小车超声波测距，实现以下功能：1.智能小车能够按照给定的程序进行运动，包括前进、后退、左拐、右拐的运动控制。
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第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5-6天：软件设计，编写程序。
第7-8天：实验室调试。
第9-10天：撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。
主要参考资料[1] 张迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．北京：国防工业出版社，2004[2]伟福LAB6000系列单片机仿真实验系统使用说明书[3] 阎石．数字电路技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字：年月日目录1 概述 (4)1.1 应用情况及主要功能 (4)1.2 技术指标 (5)2总体方案设计及分析 (6)2.1总体方案设计 (6)2.2 系统方案 (7)3 硬件电路设计 (7)3.1 51单片机系统 (10)3.2超声波发射和接收模块 (11)3.3 1602液晶显示屏 (13)3.4电源电路 (14)3.5电机驱动模块 (14)3.6小车骨架 (15)4 系统软件设计 (15)4.1 主程序设计 (15)4.2 定义延时程序头文件 (16)4.3电机运动控制模块 (17)4.4液晶屏显示模块 (18)4.5测距模块 (18)5总结 (19)参考文献 (20)附录A 系统原理图 (21)附录B 源程序 (21)1.概述本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的测量的。
本设计的汽车防撞系统能测量出倒车方向的障碍物与汽车之间的距离, 并通过液晶屏显示单元模块显示两者之间的距离。
本系统利用一片89C51单片机对超声波信号循环不断地进行采集。
系统包括超声波测距单元（超声波集成模块）、89C51单片机控制、电机控制模块和液晶屏显示模块。
这个设计的汽车倒车雷达要能够连续测距，数据经过单片机的处理后，用液晶屏显示所测量得到的距离。
1．1 应用情况及主要功能当前社会经济的不断发展和工业科学技术的不断提高，汽车已逐渐进入不少百姓家。
汽车使用数量的不断增加，从而由此导致的倒车交通安全问题也非常严重，道路交通压力增加，交通安全问题也是面临严峻挑战。
在面临如此严峻的交通安全问题，许多涉及安全问题的汽车辅助系统也纷纷现世。
而本设计就是利用单片机知识、传感器知识等，进行的汽车防撞装置的设计，在汽车倒车时，这种装置可以在驾驶员对车尾与障碍物体的距离远近无法目测和判断时进行报警。
倒车雷达系统的开始是以蜂鸣器报警为标志的。
汽车离障碍物距离越近，蜂鸣器报警声越急，蜂鸣器报警虽然使驾驶员知道有障碍物的存在，但却不能确定汽车车尾离障碍物有多远，所以，蜂鸣器报警对驾驶员帮助不是很大；之后一个质的飞跃就是液晶屏显示的出现，特别是液晶显示开始出现动态显示系统，驾驶员就是只要发动车辆，而且不用挂倒挡，液晶显示器上就会出现汽车图案以及汽车与周围的障碍物的距离，液晶显示是动态显示，液晶显示器的外表美观，显示的色彩也很清晰，而且可以直接粘贴在仪表盘上，安装也很方便。
不过由于液晶显示的灵敏度比较高，而且它的抗干扰能力也不是很强，所以误报的情况也较多。
现在市面上的魔幻镜倒车雷达应该算是比较先进的倒车雷达了，它结合了前几代产品的优点，并采用了最新仿生超声雷达技术，并用高速电脑控制，可全天准确地进行探测2 m以内的障碍物，并以不同的声音提示和直观的距离显示来提醒驾驶员；魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气温度显示等多项功能整合在一起[1]，并设计了语音功能，因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，可以直接安装在车内倒视镜的位置，而且它样式种类繁多，可以按照个人需求和车内装饰选配，当然它的价格也是比较贵的。
最新的一代倒车雷达是整合影音系统，除了具备前几代倒车雷达的功能外还兼有影音系统。
随着科学技术水平的迅速发展，相关电子技术也是飞跃前进，当然，汽车电子产业也得到飞速发展，电子产业的飞速发展使得车载电子安全产品有很大的发展前景。
倒车雷达当然是每辆车必备的电子安全产品，如今市面上的主流的汽车倒车雷达基本都是以单片机芯片为控制核心的智能测距报警系统。
这些的倒车雷达能够连续测距并显示汽车与障碍物之间的距离，而且采用蜂鸣器的不同频率的鸣叫声进行报警提示和距离显示提示，从而能够尽量不占用驾驶员的视觉空间。
此外，汽车电子系统的网络化的发展还要求作为汽车行驶安全辅助系统的倒车雷达要具有通信功能，并能够把数据发送到汽车总线上去。
1.2 技术指标超声波测距模块：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）超近液晶显示模块：显示容量16*2个字符芯片工作电压 4.5~5.5V工作电流 2.0mA（5.0V）模块最佳工作电压 5.0V字符尺寸 2.95*4.35（WXH）mm2. 总体方案设计及分析2.1 总体方案设计超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20 kHz的机械波。
超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。
超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。
在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。
从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。
2.2 系统方案此方案选择51单片机作为控制核心，所测得的距离数值由1602液晶显示屏显示，超声波发射信号由51单片机的P3.3口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，超声波接收电路由EM78P153芯片和超声波接收探头组成的电路构成，显示系统由液晶屏显示器电路构成。
本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。
本设计的汽车防撞装置的系统框图如图1所示。
图1 汽车防撞装置的系统框图 本设计由Keil 编程软件对51单片机进行编程，51单片机在执行程序后由P0.1端口产生40kHz 的脉冲信号通过74LS04电路进行放大并送到到超声波发射探头，产生超声波。
在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断定时器，利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间。
当接收回射的超声波时，接收电路的输出端产生负跳变输出到单片机产生中断申请，执行外部中断子程序计算距离。
结合各方面的因素考虑，依据设计的要求，查阅相关数据资料，选择了超声波测距传感器TR40-16Q （其中T 表示超声波发射探头，R 表示超声波接收探头），综合考虑设计的要求出于简便角度，选用了HC-SR04超声波集成模块。
此超声波模块的最大探测距离为5 m ，精度可以达到0.3 cm ，盲区为2 cm ，而且发射扩散角不大于15°，更有利于测距的准确性。
而且，此模块的工作频率范围为39 kHz ～41 kHz 左右，完全能在40 kHz 工作频率工作。
由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。
而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。
根据对相关资料查阅，将两探头之间的距离定在5 cm ～8 cm 最为合适。
本设计所用的HC-SR04模块的超声波探头之间的距离大约在6 cm 左右。
超声波接受器 检波电路51单片机 超声波发射器 放大电路 放大电路显示模块电机模块3 硬件电路设计本设计的汽车防撞装置由51单片机、超声波发射和接收探头、1602液晶显示屏、电源电路和电机模块组成。
汽车防撞系统的测距是利用超声波测距的原理，在单片机内部程序的控制下，由超声波发射探头发射超声波，在超声波遇到障碍物时反射到超声波接收探头，由此回应到单片机，由单片机进行中断处理和数据的处理，计算出距离，由液晶屏显示距离。
本设计的硬件电路分为六部分：51单片机、超声波发射和接收探头、1602液晶显示屏、电源电路、电机模块和小车骨架组成。
3.1 51单片机系统一般在系统的设计当中，能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适，而单片机更是是系统控制的核心，所以对单片机的选择更是异常重要。
如果选择了一个合适的单片机不仅可以最大地简化系统的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比较高，对整个系统来说更方便。
目前，市面上的单片机的种类繁多，并且他们在功能方面也是各自有各自的特点。
在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有[5]：（1）单片机最基本性能参数指标。
例如：执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。
（2）单片机的某些增强的功能。
（3）单片机的存储介质。
例如：对于程序存储器来说，最好选用的是Flash 的存储器。
（4）单片机的封装形式。
封装的形式多种多样，例如：双列直插封装、PLCC 封装及表面贴附等。
（5）单片机对工作的温度范围的要求。
例如：在进行设计户外的产品时，就必须要选用工业级的芯片，以达到温度范围的要求。
（6）单片机的功耗。
例如，如果信号线取电只能提供几mA的电流，所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的。