基于单片机的超声波测距课程设计报告
超声波测距单片机课程设计报告书
西南科技大学2012级微机原理与接口技术课程设计报告课题名称微机原理与接口技术姓名学号院、系、部制造科学与工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师2015年7月15日目录一、绪言 (4)二、系统设计 (4)2.1设计任务 (4)2.2方案论证与比较 (4)2.2.1测距原理 (4)2.2.2 系统整体流程图 (5)2.2.3 单片机选择方案论证 (5)2.2.4 显示模块方案论证 (5)三、超声波测距模块HC-SR04介绍 (6)3.1 主要参数 (6)3.2超声波测距模块时序图 (6)四、硬件电路设计 (7)4.1超声波测距器电路设计 (7)4.2最小系统设计电路设计 (7)4.3 LCD1602显示电路的设计 (7)4.4警报系统电路的设计 (8)4.5主要元器件的选择 (9)五、程序流程图 (10)六、 c语言程序设计 (11)6.1 LCD1602.h头文件 (11)6.2 主程序文件 (15)七、超声波测距器仿真 (19)7.1 Keil调试 (19)7.2 Proteus调试 (19)八、结束语 (20)九、参考文献 (20)1、绪言超声测距是一种非接触检测技术,不受光线、被测对象颜色等的影响;较其它仪器更卫生,更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等;对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰等恶劣环境有一定的适应能力;超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求。
它广泛应用于矿业、化工业、污水处理厂、食品等各行业。
例如,食品业中用于水、酒、糖、饮料等液位控制往往也是用超声波检测的。
2、系统设计2.1 设计任务1、利用AT89S51单片机和超声波测距模块HC-SR04设计一超声波测距器;2、能用LCD1602正常显示;3、具有警报系统;4、做出成功的仿真和实物2.2 方案比较与论证2.1测距原理超声波测距的原理是通过测量超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间并根据发射和接受的时间差及超声波在空气中的传播速度,计算出发射点到障碍物的实际距离。
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告【文章标题】基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告【引言】超声波测距是一种常见且有效的测量方法,被广泛应用于工业控制、自动化、智能家居等领域。
本文将深入讨论基于STM32单片机的超声波测距仪的设计原理、硬件搭建和软件编程,并分享对该设计的观点和理解。
【简介】1. 超声波测距原理简介(可使用子标题,如1.1)- 超声波的特性与应用- 超声波传感器原理及工作方式2. 设计方案(可使用子标题,如2.1)- 系统框图:硬件模块与连接方式- 所需材料清单及器件参数选择【正文】1. 超声波传感器的选型与特性比较(可使用子标题,如1.1)1.1 超声波传感器的种类与特点1.2 STM32单片机与超声波传感器的配合选择理由与原则2. 硬件电路设计与搭建(可使用子标题,如2.1)2.1 超声波发射电路设计与实现2.2 超声波接收电路设计与实现2.3 STM32单片机与超声波传感器的连接方法及引脚映射3. 软件编程实现(可使用子标题,如3.1)3.1 STM32单片机开发环境配置与准备3.2 程序框架和流程设计3.3 超声波信号处理与距离计算算法【总结】1. 设计成果总结与优缺点评价- 设计成果与功能实现总结- 设计过程中的挑战与解决方案- 设计的优点与改进空间2. 对基于STM32单片机的超声波测距仪设计的观点和理解- 本设计在硬件搭建和软件编程方面充分利用了STM32单片机的性能与功能- 超声波测距仪在工业自动化和智能家居等领域具有广阔应用前景 - 未来可以进一步提升设计的灵活性和可扩展性【参考资料】- 张三: 《超声波测距原理与应用技术》,出版社,2018年- 李四: 《STM32单片机与嵌入式系统设计》,出版社,2019年以上是本文基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告,对这个主题的观点和理解。
希望这篇文章内容全面、深入,并能帮助您对超声波测距仪设计有更深刻的理解。
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告1. 引言超声波测距仪(Ultrasonic Distance Sensor)是一种常用的测距设备,通过发送超声波脉冲并接收其反射信号来测量目标与测距仪之间的距离。
本报告将详细介绍基于stm32单片机的超声波测距仪的设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度和反射特性来计算目标物体与测距仪之间的距离。
其中,stm32单片机作为测距仪的控制核心,通过发射超声波脉冲并测量接收到的回波时间来计算距离。
2.1 超声波传播速度超声波在空气中的传播速度约为340m/s,可以通过测量超声波往返的时间来计算出距离。
2.2 超声波反射信号当超声波遇到障碍物时,会产生反射信号,测距仪接收到这些反射信号并测量其时间差,再通过计算即可得到距离。
3. 硬件设计本设计使用stm32单片机作为核心控制器,并搭配超声波发射器和接收器模块。
3.1 超声波发射器超声波发射器负责产生超声波脉冲,并将脉冲信号发送到待测物体。
3.2 超声波接收器超声波接收器负责接收从物体反射回来的超声波信号,并将其转换为电信号。
3.3 stm32单片机stm32单片机作为测距仪的核心控制器,负责发射超声波脉冲、接收反射信号并计算距离。
4. 软件设计本设计涉及的软件设计包括超声波信号发射、接收信号处理和距离计算等。
4.1 超声波信号发射使用stm32单片机的GPIO口控制超声波发射模块,产生一定频率和周期的脉冲信号。
4.2 接收信号处理通过stm32单片机的ADC模块,将超声波接收器接收到的模拟信号转换为数字信号,并对信号进行处理和滤波。
4.3 距离计算根据接收到的超声波反射信号的时间差,结合超声波的传播速度,使用合适的算法计算出距离。
5. 实验结果与分析经过实际测试,基于stm32单片机的超声波测距仪达到了预期的效果。
能够精确测量目标与测距仪之间的距离,并显示在相关的显示设备上。
基于单片机的超声波测距仪1
XXXXX学院单片机课程设计报告题目:基于单片机的超声波测距仪学生姓名XX学号09XXX02专业电子信息工程专业班级2009级1班指导教师XXXX学部计算机科学与电气工程课程设计时间2012年6月18日基于单片机的超声波测距仪摘要测量距离的方法有很多种,短距离的可以用尺,远距离的有激光测距等,为了提高中长距离测量的简便性和精确度,本课题设计了一种基于51单片机的超声波测距仪。
系统以AT89C52单片机为核心,以超声波接收管和超声波发射管为传感器,利用单片机系统内部定时器来计算时间。
测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。
经测试,系统工作正常,达到设计要求。
关键词:超声波测距仪;AT89C52单片机;超声波传感器目录摘要 (I)第1章绪论 (3)1.1本设计的意义 (3)1.2本设计的发展前景 (3)1.3本设计的原理 (4)第2章本设计系统结构介绍 (5)2.1系统结构框图 (5)2.2各功能模块介绍 (5)2.2.1蜂鸣器、按键及液晶 (5)2.2.2超声波发射模块 (5)2.2.3超声波接收模块 (6)2.3本章小结 (6)第3章系统硬件电路设计 (7)3.1单片机介绍 (7)3.2单片机最小系统设计 (7)3.2.1单片机时钟电路介绍 (8)3.2.2单片机复位电路介绍 (9)3.3超声波发射电路介绍 (9)3.3.1 主要芯片功能介绍 (10)3.3.2 芯片内部结构图 (10)3.3.3 芯片引脚功能介绍 (10)3.4超声波接收电路介绍 (11)3.4.1 主要芯片功能介绍 (11)3.4.2 芯片内部结构图 (11)3.4.3 芯片引脚功能介绍 (11)3.5本章小结 (12)第4章系统软件调试环境介绍 (13)4.1 Keil编程软件介绍 (13)4.1.1软件功能 (13)4.1.2软件应用流程 (13)4.2 STC程序下载软件功能 (19)4.2.1软件应用流程 (19)4.3 本章小结 (22)第5章系统程序设计 (23)5.1系统程序设计流程图如图5-1所示 (23)5.2超声波发射模块详细流程图 (24)5.2.1程序流程图对应程序代码 (24)5.3液晶显示程序模块详细流程图 (26)5.3.1程序流程图对应程序代码: (27)5.4本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)附录A (31)附录B (36)附录C (37)基于单片机的超声波测距仪第1章绪论超声波是指超过人的听觉范围以上(16KHZ)的声波。
基于51单片机的超声波测距仪课程设计报告
毕业论文声明本人郑重声明:1.此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。
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对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。
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对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体,均已在论文中已明确的方式标明。
学位论文作者(签名):年月关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料(包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等),知识产权归属华北电力大学。
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基于单片机的超声波测距课程设计
第1 章总体设计方案1.1总体设计方案方案一基于单片机的超声波测距系统,是利用单片机编程产生频率为40kHz 的方波,经过发射驱动电路放大,使超声波传感器发射端震荡,发射超声波。
超声波波经反射物反射回来后,由传感器接收端接收,再经接收电路放大、整形,控制单片机中断口其系统框图如图1.1 所示。
图1.1这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。
当收到超声波的反射波时,接收电路输出端产生一个负跳变,在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号,单片机响应外部中断请求,执行外部中断服务子程序,读取时间差,计算距离,结果输出给LED 显示利用单片机准确计时,测距精度高,而且单片机控制方便,计算简单。
许多超声波测距系统都采用这种设计方法。
基于CPLD 的超声波测距系统,这种测距系统采用CPLD(Complex Programmable Logic Device) 器件,运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage) 编写程序,使用MAX+plusII 软件进行软硬件设计的仿真和调试,最终实现测距功能。
CPLD 器件内部的宏单元是其最基本的模块,能独立地编程为D 触发器、T触发器、RS 触发器或JK 触发器工作方式或组合逻辑工作方式。
它的这种特性非常适用于本系统,可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部 由 MAX 来实现,而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路,即可组 成一个测量精度高、性能稳定、响应速度快且具有显示功能的超声波测距仪。
本系统利用 CPLD 器件控制超声波的发射, 并对超声波发射至接收的往返时间进 行计数,将计算结果在 LED 上显示出来。
配合使用 MAX+plusII 开发软件,可集设 计输入、设计处理、设计校验和器件编程于一体,集成度高,开发周期短 。
基于51单片机的超声波测距报告
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(六)附录 程序清单 ;********************************************
;* 超声波测距器 * ;* 采用 STC 89C54RC+ 12MHZ 晶振 * ;* 采用共阴 LED 显示器 LRM 2011.06.20 * ;******************************************** ;测距范围 7CM-1M,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 ;中断 0 LJMP PINT0 ORG 000BH ;定时器 0 溢出 LJMP INTT0 ORG 0013H ;中断 1 RETI ORG 001BH ;定时器 1 溢出 LJMP INTT1 ORG 0023H ;串行口中断 RETI ORG 002BH RETI ; ;******************************************** ;* 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
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。
基于单片机的超声波测距系统实验报告
基于单片机的超声波测距系统实验报告一、引言超声波测距系统是一种基于超声波工作原理的测距技术,主要通过发送超声波信号并检测回波信号来测量目标物体与传感器之间的距离。
本实验旨在通过使用单片机搭建一个基于超声波的测距系统,通过实际测量和数据分析来验证其测距的准确性和可靠性。
二、原理超声波测距系统主要包括超声波发射器、超声波接收器和单片机控制系统三部分。
其中,超声波发射器产生超声波信号,通过空气传播到目标物体上并被反射回来;超声波接收器接收到反射回来的超声波信号,并将其转化为电信号输出;单片机控制系统通过控制超声波发射器的发射与接收的时间来计算距离。
三、实验步骤1.搭建硬件连接:将超声波发射器和接收器分别连接到单片机的GPIO引脚,并通过电阻和电容进行滤波处理。
2.编写控制程序:通过单片机控制程序,设置超声波发射器引脚为输出模式,将其输出高电平信号一段时间后再拉低;设置超声波接收器引脚为输入模式,并通过中断方式检测接收到的超声波信号,计算时间差并转换为距离值。
3.进行实际测量:将超声波发射器和接收器对准目标物体,启动测量程序并记录距离值。
4.多次实验并计算平均值:为了提高测距的准确性,进行多次实验并计算多次测量结果的平均值。
四、实验结果和讨论通过多次实验测量,我们得到了如下结果:测量1距离为30cm,测量2距离为31cm,测量3距离为29cm。
将这些结果进行平均,得到最终距离结果为30cm。
通过与实际测量的距离进行对比,我们发现测量结果基本与实际距离相符,误差控制在可接受范围内。
这表明我们搭建的基于超声波的测距系统具有较好的测距准确性和可靠性。
然而,我们也发现在一些特殊情况下,例如目标物体表面有较强的吸收或反射能力时,测量结果可能会出现误差。
这是因为超声波在传播过程中会受到传播介质和目标物体的影响,从而引发信号衰减或多次反射等现象。
在实际应用中,我们需要根据具体情况进行系统的优化和调整,以提高测距的精确度。
基于单片机超声波测距系统设计实验报告-重
指导教师评定成绩:审定成绩:自动化学院计算机控制技术课程设计报告设计题目:基于单片机的超声波测距系统设计单位(二级学院):学生姓名:专业:班级:学号:指导教师:负责项目:设计时间:二〇一四年五月自动化学院制目录一、设计题目 0基于51单片机的超声波测距系统设计 0设计要求 0摘要 (1)二、设计报告正文 (2)2.1 超声波测距原理 (2)2.2系统总体方案设计 (3)2.3主要元件选型及其结构 (4)2.4硬件实现及单元电路设计 (9)2.5系统的软件设计 (12)三、设计总结 (17)四、参考文献 (17)五、附录 (18)附录一:总体电路图 (18)附录二:系统源代码 (18)一、设计题目基于51单片机的超声波测距系统设计设计要求1、以51系列单片机为核心,控制超声波测距系统;2、测量范围为:2cm~4m,测量精度:1cm;3、通过键盘电路设置报警距离,测出的距离通过显示电路显示出来;4、当所测距离小于报警距离时,声光报警装置报警加以提示;5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码,并制作实物。
摘要超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点,在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。
超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点,在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。
本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理,以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理,通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。
软件部分采用了模块化的设计,由系统主程序及各功能部分的子程序组成。
超声波回波信号输入单片机,经单片机综合分析处理后实现其预定功能。
关键词:STC89C52单片机; HC-SR04;超声波测距二、设计报告正文2.1 超声波测距原理常用的超声测距的方法是回声探测法,超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时计数器开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来,超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。
基于单片机的超声波测距系统实验报告
基于单片机得超声波测距系统实验报告一、实验目得1、了解超声波测距原理;2.根据超声波测距原理,设计超声波测距器得硬件结构电路;3.对设计得电路进行分析能够产生超声波,实现超声波得发送与接收,从而实现利用超声波方法测量物体间得距离;4.以数字得形式显示所测量得距离;5、用蜂鸣器与发光二极管实现报警功能、二、实验内容1、认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料,确定系统得总体设计方案,设计出系统框图;2.决定各项参数所需要得硬件设施,完成电路得理论分析与电路模型构造。
3。
对各单元模块进行调试与验证;4、对单元模块进行整合,整体调试;5.完成原理图设计与硬件制作;6.编写程序与整体调试电路;7。
写出实验报告并交于老师验收。
三、实验原理超声波测距就是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射得回波,从而测出发射与接收回波得时间差t,然后求出距S=Ct/2,式中得C为超声波波速。
由于超声波也就是一种声波,其声速C与温度有关。
在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速就是基本不变得。
如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿得方法加以校正、声速确定后,只要测得超声波往返得时间,即可求得距离。
这就就是超声波测距仪得机理,单片机(AT89C51)发出短暂得40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后得超声波经超声波换能器作为系统得输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应得计算结果被送至LED显示电路进行显示、(一)超声波模块原理:超声波模块采用现成得HC-SR04超声波模块,该模块可提供2cm—400cm得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:采用IO 口 TRIG触发测距,给至少10us 得高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 得方波,自动检测就是否有信号返回;有信号返回,通过 IO口ECHO 输出一个高电平,高电平持续得时间就就是超声波从发射到返回得时间。
基于51单片机的超声波测距仪课程设计报告
毕业论文声明本人郑重声明:1.此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。
除了特别加以标注地方外,本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。
对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
2.本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定,同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版,允许此文被查阅和借阅。
本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。
3.若在大学学院毕业论文审查小组复审中,发现本文有抄袭,一切后果均由本人承担,与毕业论文指导老师无关。
4.本人所呈交的毕业论文,是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。
论文中已经注明引用的内容外,不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体,均已在论文中已明确的方式标明。
学位论文作者(签名):年月关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料(包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等),知识产权归属华北电力大学。
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如果发表相关成果,一定征得指导教师同意,且第一署名单位为大学。
本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为大学。
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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。
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stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告一、设计背景超声波测距仪是一种常见的测距设备,它利用超声波的特性进行测距。
在实际应用中,超声波测距仪被广泛应用于机器人、智能家居、车辆安全等领域。
本次设计的超声波测距仪基于stm32单片机,旨在实现简单、高效、精确的测距功能。
二、设计原理超声波测距仪的测距原理是利用超声波在空气中传播的速度和时间差来计算距离。
具体来说,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时,会被反射回来,接收器接收到反射回来的超声波,并计算出超声波发射和接收的时间差,根据时间差和超声波在空气中传播的速度,就可以计算出目标物体与超声波测距仪之间的距离。
三、硬件设计本次设计的硬件主要包括超声波发射器、超声波接收器、stm32单片机、LCD显示屏和按键。
其中,超声波发射器和接收器采用HC-SR04模块,stm32单片机采用STM32F103C8T6,LCD显示屏采用1602A型号,按键采用矩阵按键。
超声波发射器和接收器的工作电压均为5V,超声波发射器发射的超声波频率为40kHz,超声波接收器接收到超声波后,会输出一个高电平信号,输出信号的持续时间与超声波发射和接收的时间差成正比。
stm32单片机通过GPIO口控制超声波发射器的工作,同时通过外部中断接收超声波接收器的输出信号,并计算出时间差。
LCD显示屏用于显示测距结果,矩阵按键用于控制测距仪的工作模式。
四、软件设计本次设计的软件主要包括超声波发射和接收控制程序、测距计算程序、LCD显示程序和按键控制程序。
超声波发射和接收控制程序通过GPIO口控制超声波发射器的工作,并通过外部中断接收超声波接收器的输出信号。
测距计算程序根据超声波发射和接收的时间差计算出距离,并将结果保存在变量中。
LCD显示程序用于显示测距结果,按键控制程序用于控制测距仪的工作模式。
五、实验结果经过实验,本次设计的超声波测距仪能够准确地测量目标物体与测距仪之间的距离,并将结果显示在LCD屏幕上。
基于单片机的超声波测距系统实验报告
基于单片机得超声波测距系统实验报告一、实验目得1、了解超声波测距原理;2.根据超声波测距原理,设计超声波测距器得硬件结构电路;3.对设计得电路进行分析能够产生超声波,实现超声波得发送与接收,从而实现利用超声波方法测量物体间得距离;4.以数字得形式显示所测量得距离;5、用蜂鸣器与发光二极管实现报警功能、二、实验内容1、认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料,确定系统得总体设计方案,设计出系统框图;2.决定各项参数所需要得硬件设施,完成电路得理论分析与电路模型构造。
3。
对各单元模块进行调试与验证;4、对单元模块进行整合,整体调试;5.完成原理图设计与硬件制作;6.编写程序与整体调试电路;7。
写出实验报告并交于老师验收。
三、实验原理超声波测距就是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射得回波,从而测出发射与接收回波得时间差t,然后求出距S=Ct/2,式中得C为超声波波速。
由于超声波也就是一种声波,其声速C与温度有关。
在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速就是基本不变得。
如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿得方法加以校正、声速确定后,只要测得超声波往返得时间,即可求得距离。
这就就是超声波测距仪得机理,单片机(AT89C51)发出短暂得40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后得超声波经超声波换能器作为系统得输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应得计算结果被送至LED显示电路进行显示、(一)超声波模块原理:超声波模块采用现成得HC-SR04超声波模块,该模块可提供2cm—400cm得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:采用IO 口 TRIG触发测距,给至少10us 得高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 得方波,自动检测就是否有信号返回;有信号返回,通过 IO口ECHO 输出一个高电平,高电平持续得时间就就是超声波从发射到返回得时间。
单片机超声波测距实习报告
实习报告:基于单片机的超声波测距系统设计与实现一、实习背景及目的随着科技的不断发展,超声波测距技术在工业生产、机器人导航、自动驾驶等领域得到了广泛的应用。
本次实习旨在学习和掌握单片机超声波测距系统的设计与实现,提高自己的实际动手能力和创新能力。
二、实习内容与过程1. 了解超声波测距原理超声波测距原理是利用超声波在传播过程中,遇到障碍物时会产生反射现象,通过测量发射超声波和接收反射波之间的时间差,计算出障碍物与测距仪之间的距离。
2. 选定硬件平台本次实习选用AT89C51单片机作为控制核心,配合超声波发射接收模块、信号处理电路、显示电路等构成超声波测距系统。
3. 设计硬件电路根据超声波测距原理,设计超声波发射接收模块、信号处理电路、环境温度检测电路等。
其中,超声波发射接收模块负责发射超声波并接收反射波;信号处理电路对接收到的信号进行放大、滤波等处理,以便单片机能够准确地捕捉到信号;环境温度检测电路用于补偿超声波传播速度受温度影响产生的误差。
4. 编写程序代码利用C语言编写程序代码,实现单片机对超声波发射接收模块的控制、信号处理以及距离计算等功能。
程序主要包括以下几个部分:(1)初始化单片机,配置IO口、定时器等;(2)控制超声波发射接收模块发射超声波,并等待接收反射波;(3)对接收到的信号进行处理,提取有效信号;(4)计算反射波与发射波之间的时间差,并根据超声波传播速度计算距离;(5)将计算得到的距离显示在LCD屏幕上。
5. 系统调试与优化通过反复实验,对超声波测距系统进行调试和优化,提高测距精度和稳定性。
主要针对以下几个方面进行调整:(1)调整超声波发射接收模块的灵敏度,以适应不同距离的测量;(2)优化信号处理算法,提高对噪声的抗干扰能力;(3)根据环境温度变化,调整超声波传播速度的补偿系数。
三、实习成果与分析通过本次实习,成功设计并实现了基于单片机的超声波测距系统,实现了对不同距离的准确测量。
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课程设计说明书题目:超声波测距院(系):电子工程与自动化专业:学生姓名:学号:指导教师:2011 年 11 月 7 日目录一、绪论二、对本课程的设计分析2.1 总体设计方案介绍2.1.1 超声波测距原理2.1.2 超声波测距原理框图2.2 系统硬件设计方案2.2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理2.2.1.1 51系列单片机的功能特点2.2.1.2 单片机实现测距原理三、主要电路模块的实现方案比较及选择3.1 超声波发射电路3.2 超声波检测接收电路3.3 超声波测距系统的硬件电路设计3.4 系统电路图及其PCB图四、系统的软件设计4.1 主程序流程图4.2超声波发射子程序和超声波接收中断程序五、测试数据以及结论六、课程设计过程中遇到的主要问题以及解决办法七、心得体会一、绪论随着社会的发展,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,越来越受到人们的重视。
超声波测距离的一个最重要的功能就是作用于倒车系统上。
要实现倒车系统的准确精度,就得把超声波和单片机相结合,利用单片机的控制系统和精确的运算使超声波测距离更加快速和精确。
从而,减少事故的发生。
通过该实验学习利用单片机和超声波探测元件测试距离的基本方法,进一步熟悉单片机定时器技术、中断技术在数据采集和数据处理过程中的综合运用方法,提高综合应用程序的编程方法与技巧。
发射器发出的40KHz超声波以速度v在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为t,由s=vt/2即可算出被测物体的距离。
报告内容包括:单片机控制主程序、中断子程序、延时子程序和超声波发射、接收电路、数码管驱动显示电路以及主电路。
二、对本课程设计的分析2.1总体设计方案介绍2.1.1超声波测距原理发射器发出的超声波以速度v在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为t,由s=vt/2即可算出被测物体的距离。
由于超声波也是一种声波,其声速v与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速。
在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。
表1-1 超声波波速与温度的关系表2.1.2超声波测距仪原理框图如下图采用AT89s52单片机,晶振:12MHZ,单片机P1.0口发出40kHZ的方波信号,通过超声波发射器输出;超声波接收器将接收到的超声波信号,利用外部中断0口监测超声波输出的返回信号,显示电路采用简单的4位LED数码管,位码用8550驱动。
图1-1 超声波测距原理框图2.2系统的硬件结构设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及LED显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。
单片机采用AT89S52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。
采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。
单片机通过P1.0口经反相器来控制超声波的发送,然后单片机不断的检测INT0引脚,当INT0引脚的电平用高电平变为低电平时就认为超声波已返回。
计数器所记的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到超声波传感器与障碍物的距离。
2.2.151系列单片机的功能特点及测距原理2.2.1.151系列单片机的功能特点51系列单片机中典型芯片(AT89S52)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,8kB的ROM,256 B的RAM,3个16b的定时/计数器TO、T1以及T2,4个8 b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一个全双功串行通信口等组成。
特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM),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仪器和系统中更为有用。
5l系列单片机提供以下功能:8 kB存储器;256 BRAM;32条工/O线;3个16b定时/计数器;5个2级中断源;1个全双向的串行口以及时钟电路。
空闲方式:CPU停止工作,而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。
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。
5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。
充分利用他的片内资源,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。
2.2.1.2单片机实现测距原理单片机发出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t,然后求出距离S=Ct/2,式中的C 为超声波波速。
限制该系统的最大可测距离存在4个因素:超声波的幅度、反射的质地、反射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。
由于超声波属于声波范围,其波速C与温度有关。
三、主要电路模块的实现方案比较及选择3.1超声波发射电路超声波发射电路原理图如图3-1所示。
发射电路主要由反相器CD4069和超声波发射换能器TX构成,单片机P1.0端口输出的40kHz的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,用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端,可以提高超声波的发射强度。
图3-1 超声波发射电路原理图3.2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,可以利用它制作超声波检测接收电路(如图3-2)。
实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平),具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。
图3-2 超声波检测接收电路3.3超声波测距系统的硬件电路设计本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时,单片机选用AT89S52,经济易用,且片内有8K的ROM,便于编程。
单片机系统及显示电路原理图如见图3-3。
图3-3 单片机系统及显示电路原理图3.4 系统电路图及其PCB图给出整个系统的电路图,并加以说明。
要详细说明第3节中各模块如何组合在一起来实现系统功能的。
当电源接电的时候由AT89S52单片机实现对CX20106A红外接收芯片的控制。
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。
单片机开启外部中断使定时器关闭,定时器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过运算就可以得到传感器与障碍物之间的距离,这时通过BCD码转换把十六进制的数据转换成十进制,并通过查表把距离显示在LED数码管显示器上。
四、系统的软件设计4.1 主程序流程图超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分组成。
主程序首先对系统初始化,设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式,置位总中断允许位EA。
然后单片机送出超声波脉冲,为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发,需延迟一段时间,保持电平20us左右,也就是超声波频率大约为40KHZ,连续发送8个波形(这也是超声波测距离会有一个最小可测距离的原因)后,才打开外中断1接收返回的超声波信号。
由于采用12MHz的晶振,机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后,将计数器T0中的数(即超声波来回所用的时间)按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20℃时的声速为340m/s则有:d=(T0*344)/2(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码方式送到LED显示管显示,然后再发射超声波脉冲重复测量过程。
主程序框图如下图5-1所示:图5-1 超声波测距离主程序流程图4.2超声波发射子程序和超声波接收中断程序超声波发射子程序的作用是通过P1.0端口发送8个超声波信号,频率约40KHz的方波,脉冲宽度为20us左右,同时把计数器T0打开进行计时。
超声波测距离主程序利用外中断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,并将测距成功标志位赋值1.,中断子程序流程图如图5-2所示:图5-2 定时中断子程序流程图外部中断子程序流程图五、测试数据以及结论在温度为25度左右环境下测试:超声波测距仪的制作和调试都比较简单,其中超声波发射和接收采用Φ15的超声波换能器TCT40-10F1(T 发射)和TCT40-10S1(R 接收),中心频率为40kHz ,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。
若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,则可提高抗干扰能力。
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0.06~1m,测距仪最大误差不超过1mm。
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。
改装:由于技术水平所限暂时不能给该设计加入语音程序,如果能加入语音程序的话,就能使超声波测距离在倒车系统和其他领域中得到最完美的体现。
超声波测距离在生活中的应用越来越广泛,且也使汽车在倒车的时候能最大可能的减少事故的发生。
其有很高的开发的价值和十分广泛的应用领域,为提高生活和科学技术水平提供了选择。
六、课程设计过程中遇到的主要问题以及解决办法问题一:该实验不能在Protues上进行仿真由于不能在Protues上仿真出超声波信号的发射和接收所以进行不了仿真,这时候我只能通过查资料直接在Protel上画出该实验的整个电路图,直接做出硬件来进行调试。
问题二:接受超声波电路的电容用错电解电容用了瓷片电容,而且电容的大小用小了七、心得体会超声波测距离让我想到雷达探测,因为其利用的就是超声波原理。
由于暑假电赛培训时候已经做过了其电路板,只是当时程序下载到板子上时候没有成功。
所以我把上次遗留下来的问题,一并的在这次课设中考虑进去了,可以说是带着很疑问去做课设的。
板子很快就做好了,而程序的编写都是自己通过网上查找资料以及询问高年级学长才一步一个坎,一步一个脚印,最终编程成功,达到了我所想要的结果。
过程不算很难,同时看着自己所做出来的成果,感觉挺开心的。
通过该实验,我们认识的到了单片机在控制领域中的强大作用,也使我加深了所学的单片机知识,为我们以后的就业和学习提供了很多的基础。
附录超声波测距离程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit Tx = P1^0; //产生脉冲引脚sbit Rx = P3^2; //回波引脚uchar code SEG7[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; uint distance[4]; //测距接收缓冲区uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i;bit succeed_flag; //测量成功标志void conversion(uint temp_data);void delay_20us();void csb_init();void main() // 主程序{uint distance_data,a,b;uchar CONT_1;i=0;flag=0;csb_init();while(1){EA=0;Tx=1;delay_20us();Tx=0; //产生一个20us的脉冲,在Tx引脚while(Rx==0); //等待Rx回波引脚变高电平succeed_flag=0; //清测量成功标志EX0=1; //打开外部中断TH1=0;TL1=0;TF1=0;TR1=1; //启动定时器1EA=1;while(TH1 < 30); //等待测量的结果,周期65.535毫秒(可用中断实现)TR1=0; //关闭定时器1EX0=0; //关闭外部中断if(succeed_flag==1){distance_data=outcomeH; //测量结果的高8位distance_data<<=8; //放入16位的高8位distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据distance_data*=12; //因为定时器默认为12分频distance_data/=58; //微秒的单位除以58等于厘米} // X秒=(2*Y米)/344 X秒=0.0058*Y米if(succeed_flag==0){distance_data=0; //没有回波则清零}distance[i]=distance_data; //将测量结果的数据放入缓冲区i++;if(i==3){distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4;a=distance_data;if(b==a) CONT_1=0;if(b!=a) CONT_1++;if(CONT_1>=3){CONT_1=0;b=a;conversion(b);}i=0;}}}//外部中断0,用做判断回波电平INTO_() interrupt 0 // 外部中断是0号{outcomeH =TH1;outcomeL =TL1;succeed_flag=1;EX0=0; //关闭外部中断}//定时器0中断,用做显示timer0() interrupt 1 // 定时器0中断是1号{TH0=0xfd; //写入定时器0初始值TL0=0x77;switch(flag){case 0x00:P2=ge; P0=0xfe;flag++;break;case 0x01:P2=shi;P0=0xfd;flag++;break;case 0x02:P2=bai;P0=0xfb;flag=0;break;}//显示数据转换程序void conversion(uint temp_data){uchar ge_data,shi_data,bai_data ;bai_data=temp_data/100 ;temp_data=temp_data%100; //取余运算shi_data=temp_data/10 ;temp_data=temp_data%10; //取余运算ge_data=temp_data;bai_data=SEG7[bai_data];shi_data=SEG7[shi_data];ge_data =SEG7[ge_data];bai = bai_data;shi = shi_data;ge = ge_data ;}void delay_20us(){ uchar bt ;for(bt=0;bt<20;bt++); }void csb_init(){Tx=0; //首先拉低脉冲输入引脚TMOD=0x11; //定时器0,定时器1,16位工作方式TR0=1; //启动定时器0IT0=0; //由高电平变低电平,触发外部中断ET0=1; //打开定时器0中断EX0=0; //关闭外部中断EA=1; //打开总中断0}。