超声波测距设计方案

基于单片机的超声波测距仪设计1 目的1.1选择超声波测距的原因超声波测距是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的,相对于其它诸多测距方法而言,超声波测距的优点突出。

运用到现代距离测量的新要求的现代装置中,相对于智能小车、红外感应太阳能路灯控制系统和液晶显示，我认为我们的优势十分明显。

智能小车他们工序过于繁琐，虽然可利用程度最高，但很难在短时间完成这样一个高质量的任务。

红外感应太阳能路灯控制系统，虽然能完成，但以后的发展空间不大，在现在几乎已经非常普及了。

液晶显示，虽然前卫，但发展空间已不大。

2本设计的主要研究容2.1 超声波测距的原理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2ct S (1-1) 式(1-1)中的c 为超声波在空气中传播的速度。

2.2 设计的主要容单片机控制超声波模块发射及检波接收，其系统原理框图如图1所示。

图1 超声波测距系统框图通过P1.0发一个40KHz的方波脉冲信号，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。

进行相关处理后，输入单片机的INT0（P3.2）脚产生中断，计算中间经历的时间,然后根据公式（1-1）算出距离。

3超声波测距硬件电路设计3.1超声波测距系统电路总体设计方案由单片机STC89s52编程产生40KHz的方波脉冲，由P1.0口输出，就可以在接收口P3.2（Echo引脚）等待高电平输出。

一旦有高电平出处，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，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，接收口P3.2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，并由液晶显示出来。

该测距装置是由超声波模块、单片机和LCD显示电路组成。

传感器输入端与发射接收电路组成超声波测距模块，模块的输出输入端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。

其时序图如图3-1所示。

图2 时序图超声波测距模块的发射端在T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。

4超声波测距系统电路各部分模块的设计4.1超声波发射接收电路的设计4.1.1超声波发射部分超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号.编程由单片机P1.0端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波形式发射到空气中。

发射部分的电路，如图2所示。

图中输出端上拉电阻R31，R32，一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

4.1.2超声波接收部分上述TCT40－16T发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40－16R进行转换变成电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106，得到一个负脉冲送给单片机的P3.2(INT0)引脚，以产生一个中断。

接收部分的电路，如图3所示。

4.1.3LCD显示部分本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测距离值。

TC1602显示的容量为2行16个字。

液晶显示屏有微功耗、体积小、显示容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。

使用时，可将P0与LCD 的数据线相连，P2口与LCD的控制线相。

连如5图LCD仿真图5 LCD PROTRUS仿真其中，TC1602第4脚RS为寄存器选择，第5脚RW为读写信号线，第6脚E 为使能端。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

这里要注意的是，为了布线方便，单片机端的D0～D7是接到LCD／602的D1～D0，正好相反，因此在编写软件时需要做处理，使读取正确。

4.1.4报警部分采用一个蜂鸣器，由P1.2输出一定频率的信号，在连接到蜂鸣器之前，经过一个三极管9 012的放大。

报警部分的连线，如图6所示。

图6 蜂鸣器PROTEUS仿真图5系统软件设计软件方面：软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图4-1所示。

主程序完成初始化工作、超声波发射和接收，距离计算、结果的输出。

外部中断服务子程序主要完成时间值的读图表 1 主程序流程图5.1程序代码：#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit Trig =P1^0; //发射40KHZ波sbit Echo =P3^2; //中断入口sbit beep=P1^2; //蜂鸣器端口sbit rs = P2^4;sbit rw = P2^5;sbit ep = P2^6;bit succeed_flag;uint flag,timeH,timeL,time,distance;unsigned char code dis1[] = {"the juli is:"}; unsigned char code dis2[] = {"0123456789"}; unsigned char code dis3[] = {"mm"};void delay(unsigned char ms)//LCD延时子程序{unsigned char i;while(ms--){for(i = 0; i< 250; i++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}}void delay_20us() //延时20us{ uchar bt ;for(bt=0;bt<100;bt++);}bit lcd_bz() //测试LCD忙碌状态{bit result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (bit)(P0 & 0x80);ep = 0;return result;}void lcd_wcmd(unsigned char cmd) //写指令数据到LCD子程序{while(lcd_bz()); //判断LCD是否忙碌rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;}void lcd_pos(unsigned char pos) //设定显示位置子程序{lcd_wcmd(pos | 0x80);}void lcd_wdat(unsigned char dat) //写入显示数据到LCD子程序{while(lcd_bz()); //判断LCD是否忙碌rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;}void lcd_init() //LCD初始化子程序{lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);}void main(){unsigned char i;lcd_init(); //初始化LCD delay(10);lcd_pos(0x01); //设置显示位置i = 0;while(dis1[i] != '\0'){lcd_wdat(dis1[i]); //显示字符i++;}beep=1;Trig=0; //首先拉低脉冲输入引脚EA=1;//打开总中断0TMOD=0x10; //定时器1，16位工作方式while(1){EA=0; //关总中断Trig=1; //超声波输入端delay_20us(); //延时20usTrig=0; //产生一个20us的脉冲while(Echo==0); //等待Echo回波引脚变高电平succeed_flag=0; //清测量成功标志EA=1;EX0=1; //打开外部中断0TH1=0; //定时器1清零TL1=0; //定时器1清零TF1=0; //计数溢出标志TR1=1; //启动定时器1delay(20); //等待测量的结果TR1=0; //关闭定时器1EX0=0; //关闭外部中断0if(succeed_flag==1){time=timeH*256+timeL;distance=time*0.172; //0.344/2=0.172mmlcd_pos(0x42); ////设置显示位置lcd_wdat(dis2[distance/100]);//百位lcd_wdat(dis2[(distance%100)/10]);//十位lcd_wdat(dis2[distance%10]);//个位lcd_wdat(dis3[0]);delay(10);lcd_wdat(dis3[1]);}if(succeed_flag==0){distance=0; //没有回波则清零beep=!beep; //测试蜂鸣器变化}}}//外部中断0，用做判断回波电平void exter() interrupt 0 // 外部中断0是0号{timeH =TH1; //取出定时器的值timeL =TL1; //取出定时器的值succeed_flag=1;//至成功测量的标志EX0=0; //关闭外部中断}void timer1() interrupt 3 //定时器1中断,用做超声波测距计时{TH1=0;TL1=0;}实物图：6系统误差分析6.1温度对实验的影响在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。