单片机超声波测距原理详解
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STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计
基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计一、本文概述超声波测距技术因其非接触、高精度、实时性强等特点,在机器人导航、车辆避障、工业测量等领域得到了广泛应用。
STM32单片机作为一种高性能、低功耗的嵌入式系统核心,为超声波测距系统的设计提供了强大的硬件支持。
本文旨在设计一种基于STM32单片机的高精度超声波测距系统,以满足不同应用场景的需求。
二、超声波测距原理本部分将介绍超声波测距的基本原理,包括超声波的产生、传播、接收以及距离的计算方法。
同时,分析影响超声波测距精度的主要因素,为后续系统设计提供理论基础。
三、系统硬件设计3、1在设计基于STM32单片机的高精度超声波测距系统时,我们遵循了“精确测量、稳定传输、易于扩展”的总体设计思路。
我们选用了STM32系列单片机作为系统的核心控制器,利用其强大的处理能力和丰富的外设接口,实现了对超声波发射和接收的精确控制。
在具体设计中,我们采用了回波测距法,即发射超声波并检测其回波,通过测量发射与接收之间的时间差来计算距离。
这种方法对硬件的精度和稳定性要求很高,因此我们选用了高精度的超声波传感器和计时器,以确保测量结果的准确性。
我们还考虑到了系统的可扩展性。
通过STM32的串口通信功能,我们可以将测量数据上传至计算机或其他设备进行分析和处理,为后续的应用开发提供了便利。
我们还预留了多个IO接口,以便在需要时添加更多的传感器或功能模块。
本系统的设计思路是在保证精度的前提下,实现稳定、可靠的超声波测距功能,并兼顾系统的可扩展性和易用性。
31、1.1随着物联网、机器人技术和自动化控制的快速发展,精确的距离测量技术在各个领域的应用越来越广泛。
超声波测距技术作为一种非接触式的距离测量方式,因其具有测量精度高、稳定性好、成本相对较低等优点,在工业自动化、智能家居、机器人导航、安防监控等领域得到了广泛应用。
STM32单片机作为一款高性价比、低功耗、高性能的嵌入式微控制器,在智能设备开发中占据重要地位。
单片机超声波测距原理
单片机超声波测距原理单片机超声波测距原理是通过超声波的发射与接收来实现测距的。
超声波传感器是一种使用超声波进行物体测距的传感器,它通过发射出的声波信号与物体发生反射后返回的信号来计算出物体与传感器之间的距离。
测量的原理主要包括发射和接收两个过程。
首先是发射过程。
超声波传感器通过产生高频的电信号驱动超声波发射器,将电信号转化为超声波信号。
超声波发射器通常由压电材料构成,当施加电压后,压电材料会产生机械位移,通过振动将电信号转化为超声波信号,然后将超声波信号传播到空气中。
然后是接收过程。
当超声波信号遇到物体时,一部分超声波信号会被物体表面反射,另一部分则会穿透物体继续传播。
超声波传感器上的接收器感受到反射回来的超声波信号,并将其转化为电信号。
接收器通常也采用压电材料构成,当接收到超声波信号时,压电材料会发生机械变形,产生电压信号,将超声波信号转化为电信号。
接收到的电信号会经过放大与处理,然后输入到单片机中进行距离计算。
测距计算是通过测得超声波从发射出去到反射回来所用的时间来计算的。
超声波传播的速度是已知的,一般在空气中传播速度为343m/s。
当超声波从发射器发送,到接收器接收到反射信号所用的时间为t,根据公式:距离=速度×时间,可以得到物体与传感器之间的距离d=343m/s×t/2。
由于超声波的行程是双程的,所以要将测得的时间除以2,才能得到物体与传感器之间的实际距离。
在单片机中,通过开启发射信号,然后计时接收到反射信号所用的时间,并根据上述公式进行距离计算。
此外,为了提高测距的精度,还可以采用多次测量的方式,然后取多次测量结果的平均值来获得更准确的测距结果。
总结来说,单片机超声波测距原理是通过发射超声波信号,然后接收反射的超声波信号,并根据所用时间计算出物体与传感器之间的距离。
这种原理在实际应用中被广泛使用,如车载倒车雷达、智能门禁系统等。
它具有测量距离远、测量精度高、适用于不同环境等优点,因此在许多领域有着重要的应用价值。
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。
at89c51超声波测距工作原理
at89c51超声波测距工作原理
基于AT89C51单片机的超声波测距系统采用脉冲回波方式,充分利用单片机的硬件和软件资源,自动实现超声波的发射与接收控制。
系统充分考虑了环境温度对超声波传播速度的影响,通过单片机中计数器所计超声波往返所经历的时间,通过公式换算就可以计算出超声波发射器与被测物之间的距离。
其原理是:超声波发射器发出的超声波在空气中以速度传播,在接触到被测物体时被反射返回,由接收器接收。
往返时间为t,由s=vt/2即可算出被
测物体的距离。
如需了解更多关于AT89C51超声波测距工作原理的信息,建议查阅
AT89C51单片机使用手册或咨询专业技术人员。
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
51单片机实现超声波测距报警系统
51单片机实现超声波测距报警系统超声波测距报警系统是一种基于51单片机的硬件电路和软件程序开发的测距设备。
本文将从设备原理和设计、电路连接和程序开发等方面进行详细介绍。
一、设备原理和设计超声波测距报警系统的原理是利用超声波传感器测量并计算被测物体与传感器的距离,并通过单片机采集和处理超声波信号,根据测量结果触发报警和显示等功能。
1.超声波传感器:超声波传感器是用来发射和接收超声波信号的装置,一般由发射器和接收器组成。
发射器发射超声波信号,接收器接收被测物体反射的超声波信号。
2.单片机:本系统采用51单片机作为控制核心,负责采集和处理超声波信号,控制报警和显示等功能。
3.报警器:当距离小于设定阈值时,触发报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示屏:用来显示测量结果,一般为数码管或液晶显示屏。
5.电源和电路:提供系统所需的电源和信号连接电路。
二、电路连接超声波测距报警系统的电路连接主要包括超声波传感器、单片机、报警器、显示屏以及电源等模块。
1.超声波传感器连接:将超声波传感器的发射端和接收端分别连接到单片机的引脚上,发射端连接到P1口,接收端连接到P2口。
2.报警器连接:将报警器连接到单片机的一个IO口,通过控制该IO 口的高低电平来触发报警。
3.显示屏连接:将显示屏连接到单片机的相应IO口,通过向显示屏发送数据来显示测量结果。
4.电源连接:将电源连接到单片机以及其他模块的供电端,确保系统正常工作。
三、程序开发1.初始化设置:包括引脚和端口的初始化设置,包括超声波传感器引脚和单片机的IO口设置。
2.测量距离:通过单片机控制超声波传感器发射超声波信号,并通过接收器接收反射的超声波信号,计算出被测物体与传感器的距离。
3.报警触发:根据设定的阈值,当测量到的距离小于阈值时,通过控制报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示结果:通过控制显示屏将测量结果显示出来。
5.循环检测:通过循环检测的方式,不断进行测量并处理数据,实时更新测量结果和触发报警。
单片机超声波测距系统设计
1测距原理与方案设计1.1超声波测距原理1.1.1 测距原理超声波测距的方法有多种,如相位检测法、声波幅值检测法和 渡越时间检测法等。
相位检测法虽然精度高,但检测范围有限; 声波幅值检测法易受反射波的影响。
本测距系统采用超声波渡越时间检测法。
其原理为: 检测从超声波发射器发出的超声波,经气体介质的传播到接收器的时间,即渡越时间。
渡越时间与气体中的声速相乘,就是声波传输的距离。
超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时单片机开始计时,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。
再由单机计算出距离,送LCD液晶显示测量结果。
1.2方案设计按照系统设计的功能的要求,初步确定设计系统由单片机主控模块(MCU)、显示模块、超声波发射模块、接收模块 温度测量模块组成。
模块组成图如下图1.1所示:图1.1 总体设计框图本课题方案主要包括的模块为有单片机系统、显示电路、超声波发射模块和超声波接收模块、报警模块、温度测量模块、供电模块等几部分。
本课题主控芯片使用51系列AT89S51单片机,AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机, AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。
发射模块由单片机引脚输出端直接驱动超声波换能器发射产生40KHz的超声波。
接收电路使用三极管组成的三级放大电路,该电路简单实用,每级大约放大70倍,最终转换为单片机能够成功接收到的电平信号。
显示单元采用1602液晶显示器显示。
1602显示温度和距离数据,具体操作由软件部分决定,温度补偿模块采用DS18B20温度传感器采集,与单片机单线连接,将温度数据直接传输给单片机。
几个模块中发射、接受、显示、供电等四个单元是不可或缺的,对于温度测量模块是为了保证系统能够精确测量而设定的,在省去温度采集模块的情况下,也可以在软件设计之中直接给出某个温度下的超声波波速,只需将此速度与单片机计算来的时间相计算,即可得到距离数据。
51单片机的轮式测距仪设计原理
51单片机的轮式测距仪设计原理
51单片机的轮式测距仪设计原理主要基于超声波测距技术。
这种测距仪使
用40kHz的超声波发射器向目标物体发送超声波,并使用接收器接收反射
回来的回波。
通过测量发送和接收回波的时间差,可以计算出目标物体与测距仪之间的距离。
在硬件设计方面,51单片机是核心控制器,负责控制超声波发射器的工作
和接收回波信号。
超声波发射器可以采用40kHz的压电陶瓷或超声波换能器。
接收器通常使用灵敏度较高的超声波探头或麦克风。
在软件设计方面,51单片机通过编程控制超声波发射器的脉冲宽度和频率,以及接收器的数据采集和处理。
程序中需要实现计时器中断、回波处理和距离计算等算法。
通过定时器中断产生40kHz的方波信号,控制超声波发射
器的脉冲宽度和重复频率。
同时,程序中还需要实现回波处理算法,包括信号放大、滤波、检测和阈值比较等步骤,以提取出有效的回波信号。
最后,程序根据计时器和回波处理结果计算出目标物体与测距仪之间的距离,并通过显示模块或串口通信模块将结果输出给用户。
总之,51单片机的轮式测距仪设计原理是基于超声波测距技术,通过单片
机控制超声波发射器和接收器的工作,实现距离的测量和输出。
这种测距仪
具有精度高、测量范围广、抗干扰能力强等优点,广泛应用于机器人、无人机、智能家居等领域。
基于单片机的超声波测距报警系统
基于单片机的超声波测距报警系统在现代科技飞速发展的时代,各种智能化的测量和监控系统层出不穷。
其中,基于单片机的超声波测距报警系统以其高精度、非接触式测量、实时性强等优点,在工业生产、机器人导航、汽车防撞、智能家居等领域得到了广泛的应用。
一、超声波测距的原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波,它具有良好的方向性和穿透能力。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度和往返时间来计算距离。
当超声波发射器向某一方向发射超声波时,在发射的同时开始计时。
超声波在空气中传播,遇到障碍物后反射回来,被超声波接收器接收。
此时,停止计时。
超声波在空气中的传播速度约为 340 米/秒,根据计时时间 t 和传播速度 v,就可以计算出发射点与障碍物之间的距离 s,计算公式为 s = v × t / 2 。
二、单片机在系统中的作用单片机作为整个系统的控制核心,承担着至关重要的任务。
它负责控制超声波的发射和接收,对计时时间进行精确测量,并根据测量结果进行距离计算和报警判断。
同时,单片机还需要与其他外部设备进行通信,如显示屏、声光报警器等,将测量结果实时显示出来,并在距离达到设定的阈值时触发报警。
为了实现这些功能,需要选择一款性能合适的单片机。
常见的单片机有 51 系列、STM32 系列等。
在选择单片机时,需要考虑其处理速度、存储空间、IO 端口数量、定时器精度等因素。
三、系统硬件设计1、超声波发射模块超声波发射模块通常由超声波换能器和驱动电路组成。
超声波换能器将电信号转换为超声波信号发射出去,驱动电路则为换能器提供足够的功率和激励信号。
2、超声波接收模块超声波接收模块由超声波换能器和信号调理电路组成。
换能器将接收到的超声波信号转换为电信号,信号调理电路对电信号进行放大、滤波等处理,以提高信号的质量和稳定性。
3、单片机最小系统单片机最小系统包括单片机芯片、时钟电路、复位电路和电源电路等。
它为单片机的正常工作提供了必要的条件。
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。
(整理)用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路附源程序
基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪,可应用于汽车倒车、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。
利用超声波指向性强,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。
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。
一、性能要求该超声波测距仪,要求测量范围在0.08-3.00m,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、工作原理及方案论证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。
用超声波传感器产生超声波和接收超声波,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.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。
根据要求并综合各方面因素,采用AT89C52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,超声波测距仪的系统框图如下图所示:图1 超声波测距仪系统设计框图三、系统硬件部分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。
1.单片机系统及显示电路单片机采用AT89C52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P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送,然后单片机不停的检测外中断0口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。
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。
STC单片机超声波测距
实物图
本测量装置的优点
基于STC12LE5A60S2单片机控制 特点为: •可两种方式工作,一般测距装置多为收发一体 ,遇到复杂的环境时干扰太多,以致不能正常 测距,而采用分离式工作状态,克服了复杂环 境的影响。 •进行了温度补偿,提高了测量精度。 •采用的单片机进行处理测距,可实现在不同环 境下的参数修改,使之更加精确。 •可视环境而进行模式的自动切换,功能齐全。
原理框图如图1
放大电路
:
超声波发射器 单 片 机 红外接收器
超声波接收器
单 片 机
显 示 器
红外发射器
图1 超声波测距仪原理框图
处理流程图
STC12C5A60S2引脚图
测量的装置分成两种工作模式
模式一
包括三部分: (1)发射部分包括: 超声波发射部分和红 外接收部分 (2) 接收部分包括: 超声波接收部分和红 外发射部分 (3)电源部分: 提供5V的工作电压 (一发一收式)
模式二: 即三部分组合一体 工作。(收发一体式)
模式一工作状态
装置分成三部分:
(
1)发射部分包括:超声波发射部分和 红外接收部分; 接收部分包括:超声波接收部分和红外发射部分;
(2)
(3)电源部分。
1.发射电路上包括:单片机最小系统、超声波发射模块、
红外接受模块。 工作方式:红外模块接收到发射电路发射的红外后,触 发单片机使超声波发射器发射超声波,接收部分的单片 机开始计时。 2.接收电路上包括:单片机最小系统、超声波接受模 块、红外发射模块、温度补偿模块、数码管显示模块。 工作方式:红外发射模块向发射电路的红外接收部分发 射红外,并开始计时,直至收到发射电路发射的超声波, 结束计时。由单片机计算距离L,并传输给数码管及时显 示。 3.源部分:两节型号为18650的锂电池。设计有降压 模块,采用LM2940T芯片。
STC单片机超声波测距
结论:该装置设有两种工作方式,相辅相成, 简单易使用、原理明确,工作稳定可靠,满足 试验使用要求。
实物图
本测量装置的优点
基于STC12LE5A60S2单片机控制 特点为: •可两种方式工作,一般测距装置多为收发一体 ,遇到复杂的环境时干扰太多,以致不能正常 测距,而采用分离式工作状态,克服了复杂环 境的影响。 •进行了温度补偿,提高了测量精度。 •采用的单片机进行处理测距,可实现在不同环 境下的参数修改,使之更加精确。 •可视环境而进行模式的自动切换,功能齐全。
3.源部分:两节型号为18650的锂电池。设计有降压 模块,采用LM2940T芯片。
模式二工作状态
将三部分组合后利用反射超声波,接收后完成 计时。并由数码管来显示 ,电路工作原理如模 式一。
电路图
发射部分
接收部分
接收部分的超声波放大电路
数据测量与分析
实距 mm 2000 2600 3200 3600 4200 4600 5000
超声波测距
基于 STC12C5A60S2单片机的 超声波测距装置介绍
设计原理与方法
基于STC12LE5A60S2单片机控制,采用超 声波为媒介计算物体间距离。
利用超声波易于定向发射、方向性好、强度 易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中 的传播速度为已知,测量声波在发射后到接收 装置时间,根据发射和接收的时间差计算出发 射点到障碍物的实际距离。由此可见,超声波 测距原理与雷达原理是一样的。
测量值mm 1997 2601 3197 3602 4203 4607 5021
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。
超声波测距离系统(基于单片机原理)
基于单片机的超声波测距系统设计系别电子与电气工程系专业电子信息工程班级学号姓名指导教师完成时间评定成绩目录1 绪论 (3)2 超声波测距系统方案设计 (3)3 超声波测距硬件电路设计 (6)4 超声波测距软件设计 (10)5 实验调试 (15)6 总结与展望 (16)参考文献 (17)附录(可选择) (18)附录A系统原理图 (18)附录B超声波测距系统焊接组装图 (19)附录C部分源程序 (19)1 绪论超声波是指频率在 20kHz~106kHz的机械波,波速一般为 1500m/s,波长为 0.01cm~10cm。
超声波既是一种波动形式 ,又是一种能量形式 ,在传播过程中与媒介相互作用产生超声效应。
随着科学技术的发展 ,相关技术领域相互渗透 ,使超声波技术广泛应用于工业、化工、医学、石油化工等许多领域。
迄今为止,国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。
通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。
感应器发出和接受超声波信号,并将接收到的信号传输到主机,再通过显示设备显示出来。
感应器装在后保险杠上,以角45°辐射,检查目标,能探索到那些低于保险杠而司机从后窗又难以看见的障碍物并报警,显示设备装在仪表板上,提醒驾驶员汽车据后面物体还有多少距离,到危险距离时,蜂鸣器就开始鸣叫,提示司机停车。
根据感应器种类不同,倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。
转帖式感应器后有一层胶,可直接粘在后保险杠上:钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞,然后把感应器嵌进去:悬挂式感应器主要用于载货车。
根据显示设备种类不同,倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。
数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子,安装在驾驶台上,直接用数字表示汽车与后面物体的距离,并可精确到1厘米,让驾驶员一目了然。
经过几年的发展,倒车雷达系统已经过了数代的技术改良,不管从结构外观上,还是从性能价格上,这几代产品都各有特点,目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。
单片机超声波测距的工作原理与烧录程序
单片机超声波测距的工作原理超声波测距学习板,可应用于汽车倒车、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。
要求测量范围在0.27~4.00m,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。
超声波测距原理超声波发生器内部结构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时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波本时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,就成为超声波接收器。
在超声探测电路中,发射端得到输出脉冲为一系列方波,其宽度为发射超声的时间间隔,被测物距离越大,脉冲宽度越大,输出脉冲个数与被测距离成正比。
超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压(其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔t,故被测距离为S=1/2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关,如果温度变化不大,则可认为声速基本不变。
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。
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。
采用A T89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动.超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米(15℃时)。
X2是声波返回的时刻,X1是声波发声的时刻,X2-X1得出的是一个时间差的绝对值,假定X2-X1=0.03S,则有340m×0.03S=10.2m。
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单片机超声波测距原理
来源:作者:时间:内容提要: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
关键词:电路原理超声波中断发射程序单片机时间系统产生
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。
为了使移动机器人能自动避障行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的距离信息(距离和方向)。
本文所介绍的三方向(前、左、右)超声波测距系统,就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
二、超声波测距原理
1、超声波发生器
为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲,超声波发生器可以分为两大类: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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部结构如图1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,便产生超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。
3、超声波测距原理
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。
超声波在空气中的传播速度为340m/s,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:s=340t/2
图1 超声波传感器结构
这就是所谓的时间差测距法。
三、超声波测距系统的电路设计
图2 超声波测距电路原理图
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8751,经济易用,且片内有4K的ROM,便于编程。
电路原理图如图2所示。
其中只画出前方测距电路的接线图,左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同,故省略之。
内容提要: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
关键词:电路原理超声波中断发射程序单片机时间系统产生
1、40kHz 脉冲的产生与超声波发射
测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器,它的工作电压是40kHz 的脉冲信号,这由单片机执行下面程序来产生。
puzel:mov 14h, #12h;超声波发射持续200ms
here:cpl p1.0 ;输出40kHz方波
nop ;
nop ;
nop ;
djnz 14h,here;
ret
前方测距电路的输入端接单片机P1.0端口,单片机执行上面的程序后,在P1.0 端口输出一个40kHz的脉冲信号,经过三极管T放大,驱动超声波发射头UCM40T,发出40kHz的脉冲超声波,且持续发射200ms。
右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口,工作原理与前方测距电路相同。
2、超声波的接收与处理
接收头采用与发射头配对的UCM40R,将超声波调制脉冲变为交变电压信号,经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。
IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567,内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3,电容C4决定其锁定带宽。
调节R8在发射的载频上,则LM567 输入信号大于25mV,输出端8脚由高电平跃变为低电平,作为中断请求信号,送至单片机处理。
前方测距电路的输出端接单片机INT0端口,中断优先级最高,左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口,同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A 的输入端,中断源的识别由程序查询来处理,中断优先级为先右后左。
部分源程序如下:
receive1:push psw
push acc
clr ex1 ;关外部中断1
jnb p1.1, right ;P1.1引脚为0,转至右测距电路中断服务程序
jnb p1.2, left ;P1.2引脚为0,转至左测距电路中断服务程序
return:SETB EX1;开外部中断1
pop? acc
pop? psw
reti
right:...? ;右测距电路中断服务程序入口
? ajmp? return
left:... ;左测距电路中断服务程序入口
? ajmp? return
3、计算超声波传播时间
在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0,利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。
当收到超声波反射波时,接收电路输出端产生一个负跳变,在INT0或INT1端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。
其部分源程序如下:
RECEIVE0:PUSH PSW
PUSH ACC
CLR EX0 ;关外部中断0
? MOV R7, TH0 ;读取时间值
MOV R6, TL0?
CLR C
MOV A, R6
SUBB A, #0BBH;计算时间差
MOV 31H, A ;存储结果
MOV A, R7
SUBB A, #3CH
MOV 30H, A?
SETB EX0 ;开外部中断0
POP ACC?
POP PSW
RETI
四、超声波测距系统的软件设计
软件分为两部分,主程序和中断服务程序,如图3(a)(b)(c) 所示。
主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。
定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射,外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。
五、结论
对所要求测量范围30cm~200cm内的平面物体做了多次测量发现,其最大误差为0.5cm,且重复性好。
可见基于单片机设计的超声波测距系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。
因此,它不仅可用于移动机器人,还可用在其它检测系统中。