超声波测距实验报告

目录

1、课题设计的目的和意义 (3)

2、课题要求 (3)

2.1、基本功能要求 (3)

2.2、提高要求 (4)

3、重要器件功能介绍 (4)

3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4)

3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5)

3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6)

4、超声波测距原理 (8)

4．1、超声波测距原理图 (8)

4.2、超声波测距的基本原理 (9)

5、硬件系统设计 (10)

5.1、超声波发射单元 (10)

5.2、超声波接收单元 (11)

5.3、显示单元 (11)

5.4、语音单元 (12)

5.5、硬件设计中遇到的难题： (12)

6、系统软件设计 (14)

7、调试与分析 (15)

7.1调试 (15)

7.2误差分析 (15)

8、总结 (16)

9、附件 (17)

9.1、总电路 (17)

9.2、主要程序 (18)

10、参考文献 (22)

1课题设计的目的及意义

随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广，但就目前技术水平而言，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。如声纳的发展趋势：研究具体的高定位精度的被动测距声纳，以满足军事和渔业等的发展需求，实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。

超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是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，因此它是一种非接触式的测量，所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。

随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最注重发展到具有创造力。在新的时代，测距仪将发挥更大的作用。

2课题要求

以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。

2.1、基本功能要求：

（1）、能实现测距操作；

（2）、能清晰稳定地显示测量结果, 具有测量完成提示；

（3）、能正确实现单次测量；

（4）、测量范围在0.5——2m；

（5）、测量精确度2cm。

2.2、提高要求：

（6）、能实现单次测量和连续测量两种测量方式；

（7）、测量结果能够用语音播报；

（8）、测量范围在0.24——3.5m；

（9）、测量精确度1cm。

备注：采用AT89C51单片机；采用CX20106超声波接收芯片。

3、重要器件功能介绍

3.1 CX20106A红外线发射接收专用芯片

CX20106A红外线遥控接收前置放大电路，多适用于电视机。内部电路由前置放大器，自动偏置电平控制电路（ABLC）、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和波形整形电路等组成。CX20106A是CX20106的改进型，二者之间的主要差别在于电参数略有不同。CX20106A也同样适用于超声波测试，主要频率在38KHZ~41KHZ，在超声波应用中通常选取40KHZ。

1脚：

超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

2脚：

该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。

3脚：

该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。

4脚：

接地端。

5脚：

该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。

6脚：

该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

7脚：

遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。

8脚：

电源正4.5～5.5V 极，

3.2 AT89C51系列单片机的功能特点

51系列单片机中典型芯片AT89C51采用40引脚爽直插封装（DIP）形式，内部有CPU、4kb的ROM、256B的RAM、2个16B的定时/计数器T0和T1/4个8B的I/O端：P0，P1,P2,P3,一个全双工串行通信口等组成。特别是该系列单片机内的Flash可编程、可擦出制度存储器，使其在实际中有着十分广泛的

用途，在便携式、省电及特殊信息保存的一起和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图

51单片机提供以下功能：4kb存储器、256BRAM、32条I/O线、2个16b 定时、计数器、5个2级中断源、1个全双向德串口以及时钟电路。

空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、串行口和终端系统继续工作。

掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。

51单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决方法，充分利用内部资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。

3.3、ISD1700语音录放芯片

ISD1700的功能特点：

1、可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年