超声波测距仪说明书

湄洲湾职业技术学院超声波测距仪说明书

系别: 自动化工程系

年级:10级专业: 电气自动化技术姓名: 郑学号:**********

导师姓名: 李志杰职称: 讲师

2013年05月29日

目录

1 前言 (1)

2 系统设计参数要求 (2)

3 系统设计 (3)

3.1系统设计总体框图 (3)

3.2超声波测距原理 (4)

3.3系统构成 (5)

3.4硬件电路设计 (5)

3.5传感器介绍 (6)

3.5.1超声波传感器原理 (6)

4 系统模块 (7)

4.1超声波发射模块 (7)

4.2超声波接收模块 (8)

4.3LCD显示模块 (9)

4.4系统印刷电路板的制作图 (9)

5 系统软件设计 (10)

5.1超声波测距的算法 (10)

5.2程序流程图 (10)

5.3超声波温度补偿子程序流程图 (11)

5.4超声波测距子程序流程图 (12)

5.5系统操作说明 (13)

5.6系统操作注意事项 (13)

参考文献 (14)

致谢语 (15)

系统附录 (16)

附录一原理总图 (16)

附录二印刷电路图 (17)

附录三元件清单 (18)

附录四程序流程 (19)

1 前言

本设计是以单片机技术为基础，实现对前方物体距离的测量。根据超声波指向性强,能量消耗慢,在介质中传播距离远的特点,利用超生波传感器对前方物体进行感应，经过单片机中的程序对超声波传感器发射和接收的超声波信号进行分析和计算处理，最后将处理结果在LCD1602上显示。STC89C52单片机的超声波测距系统,此系统根据超声波在空气中传播反射原理,把超声波传感器作为接口部件,利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离,设计了一套超声波检测系统。该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个基本模块构成，用接收部分接收超声波。本设计利用两个中断，在发射信号时，打开定时器中断0和外部中断0使定时器计时，接收到发射超声波信号时，外部中断0关闭中断，这时定时器中断0计录的时间就为超声波传播经过测距仪到前方物体的来回时间。利用公式S=T×V／2（V为超生波传播速度，本设计设定值340m/s）,经过单片机处理得到距离值S并且通过LCD1602显示出来。除此外系统还能显示系统的实时时间。

2 系统设计参数要求

（1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。

（2）通过超声波测距模块检测超声波模块到障碍物之间的距离，并在LCD1602上显示上一次测量的距离.

（3）通过单片机采集DS1302的数据，并在液晶屏幕上显示实时的年月日时分秒，并可以通过按键设置时间。

3 系统设计3.1系统设计总体框图

3-1系统设计总体框图

3.2超声波测距原理

3.2 1超声波基本原理

超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波的研究特别活跃。超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。

3.2 2超声波测距仪原理

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，如图3-2所示。超声波在空气中的传播速度为v，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：

(公式1-1)

图3-2 超声波测距原理图

这就是所谓的时间差测距法[7]，由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。

3.3系统构成

本设计是在超声波原理的基础上，完成了基于时差测距原理的一种超声波测距系统设计。测距仪以AT89S52芯片为核心，74LS04组成的超声波发射电路、并由超声波处理模块CX20106A、液晶显示等器件组成，包括单片机系统、超声波发射电路、超声波接收电路、LCD 显示电路。依据实际的测量精度要求添加温度补偿电路，避免了环境误差，能够清晰稳定的显示结果。

由单片机发出40kHz的方波信号进入超声波发射电路，经功率放大芯片放大后进入超声波发射头。超声波发射头发射的超声波在空气中传播一段时间后经前方被检测物体反射回来，由超声波接收头接收，超声波电路中的接收芯片对信号放大整形，超声波接收电路接收回波后发出一个下拉电平使单片机进入中断程序，在中断程序中，单片机从温度检测电路读取数值并换算成当前温度下的声速，应用时差法计算所检测的距离，最后所有的数据都在LED显示电路上显示。结构图如图3-3所示。

图3-3 系统结构图

3.4硬件电路设计

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上,大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统的可靠性及运行速度。因而在工业测控领域中，单片机系统是最理想的控制系统。所以，单片机是典型的嵌入式系统，是嵌入式系统低端应用的最佳选择。