基于51单片机超声波测距器设计
基于51单片机超声波测距仪的系统设计
单片机课程设计题目：基于51单片机超声波测距仪的系统设计学院：机械与电气工程学院年级专业：学生姓名：学号：指导教师：完成时间：目录摘要： (1)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2本课题研究意义 (3)1.3本课题的任务 (3)1.4系统整体目标 (3)2 系统硬件设计 (3)2.1系统工作原理 (3)2.2控制器模块设计 (4)2.3STC89C52单片机 (4)3 硬件设计 (6)3.1单片机最小系统 (6)3.2晶振电路设计 (7)3.3按键电路设计 (8)3.4复位电路 (8)3.5超声波测距模块 (9)3.6显示报警模块设计 (10)3.7数码管显示模块设计 (10)4 软件设计 (11)4.1 软件开发工具的选择 (11)4.2系统软件设计的一般原则 (12)4.3系统软件设计的一般步骤 (13)4.4主程序设计 (13)4.5中断处理程序设计 (14)4.6计算及显示程序设计 (15)5调试与小结 (16)5.1系统调试 (16)5.2总结 (17)附录 (20)基于单片机的DS18B20温度传感器测温系统设计摘要：本论文比较详细介绍了一种基于单片机的超声测距设计系统，可以用于智能停车场作为车位是否有车的传感器。
该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。
本系统的安装和使用较方便，价格便宜，并可与无线测控系统配合使用，有非常广阔的应用前景。
论文简单讲述了超声波检测的发展和原理，介绍超声传感器的工作原理及特性，在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成，针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证。
介绍了A T89S51单片机在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。
最后测距仪进行验证。
各主要技术指标均达到设计要求。
该测距仪对室内停车场有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善提出了一些改进建议。
基于51单片机的超声波测距仪设计
自动化技术综合实训报告实训题目：院专班姓学指导教师：实训地点：开课时间：序号 评价内容 分数 序号 评价内容分数1 出勤（10 分）3 实训任务完成情况（50 分） 2 课题难度分值（10 分）4实训总结报告（30 分）实训总成绩： 94 分学生姓名：魏*星实训评分指导教师评语：指导教师（签名）：年月目录第 1章绪论1.1实训的目和要求1.2实训课题设计功能描述………………………………………………………1.3应解决的问题………………………………………………………………第 2章整体设计方案2.1设计原理2.2整体系统设计………………………………………………………………第 3章硬件电路设计3.1电路原理图3.2元件清单……………………………………………………………………3.3重要电路介绍3.3.1复位与晶振电路……………………………………………………3.3.2超声波发射电路……………………………………………………3.3.3超声波接收检测电路………………………………………………3.3.4显示电路第 4章软件设计4.1系统软件设计4.2程序流程图4.3程序设计与调试第 5章制板焊接调试5.1仿真结果与 PCB图5.2焊制电路板、实物运行调试5.3误差分析与校正讨论总结与体会谢词参考文献附录第1章绪论1.1实训的目的和要求生产实训是自动化专业本科生在校期间必须进行的主要实践环节之一，是培养学生工程实践能力、提高学生工程素质的一个重要组成部分。
作为一名工科学生，将来从事自动化及相关工作，为了让我们能尽早的认识社会实践，了解工业生产，提高自己的动手意识，强化个人素质，增强理论联系实际的观念，学校给我们安排了为期两周的专业实训，让我们学到的理论知识和实践联系到一起，为我们以后的走向社会打下一个坚实的基础。
这次实训的主要目的是让大家进一步了解 AT89 系列单片机的引脚、功能，晶振电路、显示电路和信号输入输出电路的设计，熟悉使用 keil 软件和用汇编语言编程完成各种处理和控制，同时学习使用软件对电路进行设计，对项目进行仿真、调试，以及 PCB 板的制作等，最主要的是了解一个小型项目的研发过程，从项目的提出到项目实现需要怎样一步步来完成，项目完成事应该大概掌握以上要求。
基于51单片机超声波测距.
一设计要求（1）设计一个以单片机为核心的超声波测距仪，可以应用于汽车倒车、工业现场的位置监控；（2）测量范围在0.50～4.00m，测量精度1cm；（3）测量时与被测物无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
二超声波测距系统电路总体设计方案本系统硬件部分由AT89S52控制器、超声波发射电路及接收电路、温度测量电路、声音报警电路和LCD显示电路组成。
汽车行进时LCD显示环境温度，当倒车时，发射和接收电路工作，经过AT89S52数据处理将距离也显示到LCD 上，如果距离小于设定值时，报警电路会鸣叫，提醒司机注意车距。
超声波测距器的系统框图如下图所示：图5 系统设计总框图由单片机AT89S52编程产生10us以上的高电平，由指定引脚输出，就可以在指定接收口等待高电平输出。
一旦有高电平输出，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。
发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的处理，指定接收口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。
单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。
由时序图可以看出，超声波测距模块的发射端在T0时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。
计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。
图6 时序图三超声波发射和接收电路的设计分立元件构成的发射和接收电路容易受到外界的干扰，体积和功耗也比较大。
而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以优先采用集成电路来设计收发电路。
3．1 超声波发射电路超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两部分，可采用软件发生法和硬件方法产生超声波。
在超声波的发射电路的设计中，我们采用电路结构简单的集成电路构成发射电路：图7 由反相器构成的超声波发射电路图7是由反相器74HC04构成的发射电路，用反相器74HC04构成的电路简单，调试容易，易通过软件控制。
基于51单片机的超声波测距仪设计
基于51单片机的超声波测距仪设计摘要：本方案以stc89c52为核心，通过编程（C语言）来实现该单片机对外围电路的适时控制，并提供给外围电路各种所需的信号和接收超声波反射回来的微小信号，包括频率振荡信号，时钟信号，数据处理信号和显示信号等等。
其核心功能是对距离的检测并实时的进行距离的显示，在检测距离方面通过发射端与接收端的时间差来计算，理论上所测距离与其时间差成线性关系，所以可以通过线性回归统计方法求出实际距离与所求距离的关系。
该电路简化了一些外围电路，任能做到较为精确的测量工作，由于是采用程控操作，所以其移植性和可扩展性还是较好。
在设计时分，分模块进行设计来实现各部分功能，简化了在设计过程中的调试难度。
关键词：超声波测距、单片机控制、液晶显示、距离报警、线性回归Abstract：This program stc89c52 programming (C language) to achieve the timely control of the single-chip peripheral circuits, and made available to the peripheral circuits of the desired signal and receiving the ultrasonic reflected the small signal, including frequency oscillation signal, the clock signal, data signal processing and display signals, and so on. The its core function is to to the detection of pairs the distance and real-time of the carried out the distance the display of goes as follows. In the to calculate the, in the the detection distance aspects of through the launch of the-side with the the time of the the receiving end is poor, in theory, the measured distance with its time difference into a linear the relationship between,, so can through the the linear regression statistical methods calculate the actual distance of the seek distance relationship. The circuit simplifies the peripheral circuit, any more accurate measurements can be done, because it is programmed operation, its portability and scalability better. Hours of the design, the sub-module design to achieve the function of each, and simplifies the debugging difficulty in the design process.1Keywords:Ultrasonic Ranging, MCU control, LCD, alarm of distance ,linear regression目录1前言 (4)1.1 课题的研究背景和意义 (4)1.2 课题的国内外研究现状 (4)2 总体方案设计 (5)2.1超声波测距的原理 (5)2.2超声波传感器的工作原理及结构图 (5)3单元模块设计 (6)3.1各单元模块功能介绍及电路设计 (6)3.2 AT89S52型单片机介绍 (7)3.3各单元模块的联接 (9)4 软件设计 (16)4.1软件设计分析 (16)4.2软件设计思路 (16)4.2.1主程序 (16)4.2.2 超声波测距子程序 (17)4.2.3 超声波延时子程序 (18)5系统调试 (19)5.1硬件调试 (19)5.2硬软件联调 (20)5.3测试结果分析 (21)5.3.1测试波形 (21)5.3.2测试中仪器仪表 (22)5.3.3 数据分析 (22)5.4超声波测距误差分析 (23)5.4.1温度误差 (23)5.4.2串扰问题 (23)6 结论 (24)6.1总结与体会 (24)6.2 对设计的进一步完善提出意见或建议 (24)附录一、相关设计程序 (27)附录二、设计图和ＰＣＢ (36)附录三、实物图 (37)231前言1.1 课题的研究背景和意义超声波是指频率高于20KHz的声波，属于机械波的范畴，遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等，正是因为有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量，随着经济的发展，科技水平的不断提高，电子测量技术应用越来越广泛，超声波测量精度高，成本低，性能稳定则备受青睐，超声波测距技术被广泛的应用于人们生活和工作中。
基于51单片机超声波测距器的设计
摘要由于现代生产要求，人们发现需要实现无接触式的生产测距，而超声波测距是一种性能良好的测距方式，主要应用于倒车雷达、工地以及一些工业现场，本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化LED显示超声波测距仪，并使用一些常用芯片如：74LS04等。
系统由单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路以及显示电路构成。
由芯片AT89S51控制计算超声波从发射到接收的传送时间，从而得到待测距离。
本系统具有易检测、软件功能完善，工作可靠、准确度高等优点。
本文论述了单片机技术研制成功的超声波测距仪的基本原理，测量计算方法，实现方案。
采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。
实际使用表明，极大的提高了安全性、可靠性和准确度。
关键词：测距仪; 超声波;传感器; 单片机AbstractBecause of modern production requirements, it was discovered that the need to achieve the production of non-contact distance measurement, and ultrasonic distance measurement is a good performance of the ranging approach is mainly used in reversing radar sites as well as some industrial field, this paper designed a to AT89S51 MCU as the core of the low-cost, high-precision, micro-LED display of ultrasonic range finder, and use some commonly used devices such as: 74LS04, etc.. System consists of microcontroller, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver amplifier circuit and display circuit. Chip AT89S51 control calculation by the ultrasonic transmission from transmit to receive time and hence the distance to be under test. The system has easy to detect, the software fully functional, reliable, high accuracy advantages.This paper discusses the successful development of microcomputer technology, the basic principles of ultrasonic range finder, measurement method of calculating implementations. Use of software calibration, improved accuracy and machine reliability. The actual use of that greatly improves safety, reliability and accuracy.Keywords: distance meter; ultrasonic ;sensor;microcontroller目录摘要....................................................................................................................................................................... １Abstract............................................................................................................................................................... ２第1章概述.. (1)1.1设计的现状 (1)1.2设计的思路 (1)1.3设计的重点与难点 (1)第2章超声波测距的原理 (2)2.1超声波的介绍 (2)2.1.1什么是超声波 (2)2.1.2超声波的特性及特点 (2)2.1.3超声波的应用 (2)2.2超声波测距器的原理 (3)2.2.1超声波发生器 (3)2.2.2压电式超声波发生器的原理 (3)2.2.3超声波测距的原理 (3)第3章系统设计 (6)3.1系统设计 (6)3.2芯片AT89S51介绍 (6)3.2.1AT89S51单片机的概述 (6)3.3传感器的选取 (8)3.3.1传感器的定义及作用 (8)3.3.2传感器的特性 (9)3.3.3传感器的选用 (9)3.4系统硬件电路设计 (10)3.5测距显示电路的设计 (11)3.6超声波发射电路的设计 (12)3.7超声波接收电路的设计 (13)3.8探测电路的设计 (13)3.9系统软件设计 (14)第4章系统调试 (17)4.1软硬件的调试 (17)4.2仪器精度分析及如何提高超声测距精度 (17)总结 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录1 硬件电路 (23)附录2 程序 (24)第1章概述1.1设计的现状目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便，而本设计研究的测距器成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义，在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车。
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51单片机的超声波测距仪设计.
江苏经贸职业技术学院毕业设计（论文）单片机的超声波测距仪设计基于题目：MCS51) 信息技术学院系 (院12应用电子专业班级1227031128 号学学生姓名万小伟董李江职校内导师称老师职夏国平企业导师称工程师职企业导师潘仕美称研究生5年2015月日12基于MCS51单片机的超声波测距仪设计摘要：伴随着社会的发展，人们的生活质量不断地提高，各个的城市不断地在发展，当然城市的排水系统得到了很大的发展和改进，由于很多的原因和很多的因素，每个城市的排水系统，现在的城市的发展和建设往往忽略一些重要的项目那就是排水系统。
所以好多的城市经常出现开挖已经建设好的建筑和工程设施来改进排水系统因此他们忽视到这个问题的严重性。
因此，我的论文设计是采用以AT89C51单片机为核心的高精度、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它还有一个重要的指标那就是低成本一种的设计方法。
通过一系列的实验反馈，这个软件设计的非常的合理、低成本、实时性良好，经过开发和研究，因此在许多的方面得到很多的发展和有效的解决一些重要的问题比如在汽车的倒车，建筑的工地上，还有一些重要的工业现场的重要的位置等等。
关键词：超声波测距仪AT89C51The design of ultrasonic range finder based onMCS51Abstract:With the development of science and technology, the improvement of people'sstandard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainagesystem have greatly developed their situation is constantly improving. control system Freesewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to thecore.At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that theultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and theultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware andsoftware by the end of each module.Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52目录第一章绪论 ................................................ - 1 -1．1课题设计的目的和意义 (1)1.2超声波测距仪设计思路 (1)1.2.1超声波测距原理及方案论证 (1)1.2.2超声波测距仪原理框图 (2)第二章课程的方案设计 ...................................... - 3 -2.1系统整体方案的设计 (3)第三章 51系列单片机的功能特点及测距原理 ................... - 3 -3.1基于51系列单片机的功能特点 (3)3.2单片机实现测距原理 (4)3.3超声波测距原理和结构 (5)3.4超声波检测发射电路 (5)3.5超声波检测接受电路 (5)第四章系统的软硬件的调试和程序图 .......................... - 6 -总结 ..................................................... - 10 -致谢 ..................................................... - 10 -参考文献 .................................................. - 11 -第一章绪论1．1课题设计的目的和意义论文设计目的；随着社会的不断地发展，电子测量技术得到了长远的展，超声波的精准测量得到了科技人员的重视和研究。
基于51单片机超声波测距仪设计
个性化实验基于51单片机超声波测距器设计摘要传统地测距方法存在不可克服地缺陷.例如，液面测量就是一种距离测量，传统地电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极由于长期浸泡于水中或其他液体中，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛地应用.本设计以STC89C52单片机为核心控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收地往返时间，从而得到实测距离.并且在数据处理中采用了温度补偿对声速进行调整，用1602液晶显示速度和测量距离.整个硬件电路有超声波电路、电源电路、显示电路等组成.个探头地信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器地功能.在此基础上设计了系统地总体方案，最后通过硬件和软件实现了测距功能.此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点，即过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车，建筑施工工地以及一些工业现场地位置监控.关键词：STC89C52；超声波；温度补偿；测距目录绪论 (3)设计目地和意义 (3)设计任务和要求 (3)系统方案设计 (4)设计原理 (4)设计框图 (5)主要元器件介绍 (5)STC89C52 (5)LCD1602液晶显示器 (6)HC-SR04超声波模块 (8)DS18B20温度传感器 (9)系统硬件结构设计 (10)单片机电路 (10)LCD显示电路 (11)温度补偿电路 (11)电源电路 (12)系统软件设计 (12)主程序流程 (12)测距流程图 (13)测试 (14)测试结果 (14)误差分析 (15)总结 (15)附录 (17)整体电路图 (17)PCB布线图 (18)实物图 ......................................................................................................错误!未定义书签。
基于51单片机超声波测距仪
基于51单片机超声波测距仪基于51单片机的超声波测距仪设计摘要利用超声波进行测距有许多优点比如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的影响，而且超声波传感器的价位较低、结构也较为简单，超声波以声速传播，方便收发与计算。
在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、特别是测量距离等许多方面都已有了非常普遍的应用。
本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在分析和了解了超声波的一些优点和特性后，又查看了利用超声波测距的基本原理。
最后决定使用51单片机系统和超声波传感器共同组成。
设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括电源及复位模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、超声波接收模块、LED数码显示模块和扩展报警模块。
软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使得系统具有模块化的特点。
系统容易进行控制，具有可靠地的性能，具有较高的测量精度，最重要的是能对距离进行实时测量。
关键词：单片机，测距仪，超声波，实时测量Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCMABSTRACTUsing ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light intensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other aspects have been very common application.The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided.. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expansion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the characteristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance.KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement目录摘要 (I)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的主要意义 (1)第2章系统电路设计 (3)2.1 系统结构设计 (3)2.2 电路总体设计方案 (3)发射与接收电路设计方案 (3)显示电路设计方案 (5)报警电路设计方案 (6)系统复位电路设计 (6)第3章系统硬件设计 (8)3.1 单片机概述 (8)STC89C51主要性能 (8)3.1.2 STC89C51外部结构及特性 (8)内部组成 (11)3.2 超声波测距模块 (12)3.2.1 超声波传感器介绍 (12)HC-SR04超声波测距芯片的性能特点 (12)超声波时序图 (15)3.3 驱动显示电路及报警电路 (15)LED数码管显示电路 (16)蜂鸣器报警电路 (17)3.4HC-RS04超声波测距原理 (17)3.5 按键设置电路 (18)第4章系统软件设计 (21)4.1 系统主程序 (21)4.2 显示距离子程序 (22)4.3 报警子程序 (22)4.4 按键子程序 (23)第5章系统仿真 (25)5.1 系统仿真环境——Proteus (25)5.2 仿真 (25)5.3 误差及特性分析 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 研究背景超声波测距法是通过超声波测量从已知位置到被测物体表面的距离的利用超声波的方法。
基于51单片机的超声波测距仪的设计
摘要由于本课程是开放性的课程，很多东西靠我们自己去查资料进行了解，在实验的过程中我们遇到过很多的问题，实验经过多次繁琐的调试，才能达到预期的效果。
同时我们也是在解决问题的过程中学到了许多平常接触不到的知识，了解和掌握了很多的调试方法和技巧。
通过本次实验，初步认识了超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体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，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，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，无庸置疑，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。
在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题。
同时我们在老师的引导下加深了对专业知识的认识与应用，了解如何对成果的分析与总结，出现的问题该从什么地方入手，如何检查，如何解决。
培养了我们要勇于思考，善于思考的能力。
而分组进行团队实验，既利于激发同学们的参与热情，也有利于促进学员间相互了解、认识，为培养团队协作能力的建立打下基础；为今后同学们进行的工作做好一定的基础。
目录引言 (1)1.超声波测距仪的设计思路 (2)1.1 超声波测距原理 (2)1.2 超声波测距仪原理框图 (2)2.系统的方案设计与论证 (3)2.1 总体设计方案 (3)2.2 系统整体方案的论证 (3)2.2.1 基于单片机的超声波测距系统 (3)2.2.2 基于CPLD 的超声波测距系统 (3)3系统的硬件结构设计 (4)3.1 发射电路的设计 (4)3.2 接收电路的设计 (5)3.3 显示模块的设计 (6)4系统软件的设计 (8)4.1软件的设计的方案 (8)4.2软件的设计流程图 (8)5系统硬件的调试 (9)6总结 (11)7参考文献 (13)附录一超声波测距程序清单 (14)附录二实物图与原理图对照 (21)引言由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
基于51单片机的超声波测距系统设计
基于51单片机的超声波测距系统设计超声波测距系统在工业自动化、智能机器人等领域有着广泛的应用。
本文将介绍一种基于51单片机的超声波测距系统设计，包括硬件设计和软件设计两个方面。
1.硬件设计硬件设计是超声波测距系统设计的基础，下面是一些主要的硬件设计要点。
（1）传感器模块：选择适合的超声波传感器模块作为测距传感器。
传感器模块一般包括一个超声波发射器和一个超声波接收器。
通过发送超声波脉冲，并测量收到的回波时间来计算距离。
（2）51单片机：选择一款适合的51单片机作为主控芯片。
常用的型号有AT89S51、AT89C52等。
51单片机具有丰富的外设资源，且易于编程。
（3）显示模块：可以选择常见的数码管、液晶显示屏等显示模块来显示测距结果。
（4）电源模块：设计稳定、可靠的电源模块，为系统提供电源供电。
2.软件设计软件设计是实现超声波测距系统的关键，下面是一些主要的软件设计要点。
（1）超声波发射与接收：通过51单片机的IO口驱动超声波传感器模块进行发射与接收。
超声波发射一般只需要发送一个脉冲，而超声波接收则需要采集到回波信号，可以使用定时器或外部中断来实现信号的接收。
（2）测距算法：根据超声波发射和接收的时间间隔，可以通过测距算法来计算出距离。
最常用的测距算法是利用声速的速度和回波时间的一半来计算距离。
（3）数据处理与显示：将测得的距离数据进行处理，并使用显示模块将结果显示出来。
可以选择合适的数码管显示驱动方式或液晶显示屏驱动方式。
（4）系统控制：根据实际需求，可以对系统进行控制，如设置报警阈值，当距离超出阈值时发出报警信号。
3.系统功能与扩展超声波测距系统设计完成后，可以加入一些额外的功能与扩展，以提高系统的实用性和性能。
（1）多点测距：可以设计多个传感器模块，实现多点测距功能，适用于复杂的环境。
（2）数据存储与通信：可以将测得的距离数据存储到外部存储器，如EEPROM或SD卡，并通过串口通信或无线通信方式将数据传输到上位机进行进一步处理。
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。
基于51单片机的超声波测距系统的设计
基于51单片机的超声波测距系统的设计O 引言超声波是指频率大于20 kHz 的在弹性介质中产生的机械震荡波。
由于超声波频率较高，穿透力强，指向性强，传输过程中衰减少，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，遇到杂质或分界面时会产生反射波，因此常被用于非接触式测距。
并且超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力。
广泛应用于汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量、管道长度测量等需要自动进行非接触测距的场合。
1 超声波测距原理Pellarn 和Galt 于1946 年提出了脉冲回波法，其工作原理是：用超声脉冲激励超声探头向外辐射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波)，通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的射程时间ToF(Time of Flight)，按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离d，即其中。
c 为声波在空气介质中的传播速度。
2 系统构成本系统硬件电路由单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、测温电路、显示电路、报警电路等构成，如图1 所示。
3 系统程序设计3．1 主程序主程序首先对系统环境初始化，设置定时器TO 工作模式为16 位定时／计数器模式，总中断允许位置1 并给显示端口清0；然后调用超声波发生子程序送出若干个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起直射渡触发，从发射开始一直到“虚假反射波”结束这段时间内，不开放外部中断(INTO)申请，便可有效躲避干扰，但同时也会造成测试“盲区”。
假设延时约0．1 ms 后，才打开外部中断接收返回的超声波信号，当温度为20℃，测量盲区为d=1×10-2×344=1．72 cm。
3．2 超声波发生子程序和接收子程序超声波发生子程序的作用是通过P1．0 端口发送超声波。
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基于51单片机超声波测距器设计
摘要超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量X围在0.10-5.00m，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。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
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，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
关键词单片机AT82S51超声波传感器测量距离
一、设计要求
设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量X 围在0.10-3.00m，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。
二、设计思路
超声波传感器及其测距原理
超声波是指频率高于20KHz的机械波。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超
声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。
首先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
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，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
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：
超声波测距器系统设计框图
三、系统组成
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。
四、系统硬件电路设计
1.单片机系统及显示电路
单片机采用89S51或其兼容系列。
采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。
单片机用P1.0端口输出超声波转化器所需的40KHz方波信号，利用外中断0口检测超声波接受电路输出的返回信号。
显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。
单片机系统及显示电路如下图所示
单片机及显示电路原理图
2.超声波发射电路原理图参考期刊如图所示：
超声波发射电路原理图
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稍有不同。
3.超声波检测接受电路
参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路CX20106A，这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38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。
实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。
适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。
超声波接收电路图
五、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
温度/
-30
-20
-10
10
20
30
100
声速c(m/s) 313
319
325
323
338
344
349
386
2．主程序
主程序首先对系统环境初始化，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并给显示端口P0和P2清0。
然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，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0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0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344m/s则有：
d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（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LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。
主程序框图如下
3.超声波发生子程序和超声波接收中断程序
超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T0打开进行计时。
超声波测距器主程序利用外中断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，并将测距成功标志字赋值1。
如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。
六．软硬件调试及性能
超声波测距仪的制作和调试，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。
根据测量X围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。
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X围为0.07～5.5m，测距仪最大误差不超过1cm。
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。
后续工作需实验后才能验证
根据参考电路和集成的电路器件测距X围有限10m以内为好。
相关程序请点击下载/down/code/51.rar
- - 总结资料。