基于单片机的测距仪设计

超声波发射电路
发射电路主要由反相器74LS04和超声波发 射换能器T构成，如图3-3所示，单片机 P2.7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。输出端采两个反向 器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R2、 R3一方面可以提高反向器74LS04输出高 电平的驱动能力，另一方面可以增加超声 波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时 间。
2.功能特性概述
4k字节Flash闪速存储器 128字节内部RAM 32个I/O口线 两个16位定时器/计时器 一个5向量两级中断结构 一个双工串行口通信 片内振荡器及时钟电路
各引脚功能
a.主电源引脚VCC VCC电源输入端，工作电源和编程校验为+5V。 b.时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1和XTAL2分别作为晶体振荡电路的反相器输入端和输出端。在使用外部振荡电路时，这两个端子用来 外接石英晶体，振荡频率为晶体振荡频率，振荡信号送至时钟电路产生时钟脉冲信号。这个部分给单片机提 供工作节拍，也可称作单片机的主频。 c.控制信号引脚RST ，ALE，PSEN和EA
RST为复位信号输入端。当RST端保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，单片机完成复位 操作。
ALE为地址锁存允许信号，在访问外部存储器时，ALE用来锁存P0口送出的低8位地址信号。 PSEN为外部程序存储器的读选通信号。 EA为访问外部程序存储器控制信号。对8051和8751，他们的片内有4KB的程序存储器。 d.4个8位I/O端口——P0，P1，P2和P3 P0口（P0.0~P0.7）是一个8位漏极开路型的双向I/O口，这时P0可看做用户数据总线 P1口（P1.0~P1.7）——是一个带有内部上拉电阻R可以作为准双向I/O口（在引脚读入前，必须对该端口 写入1，具有这种操作的I/O口称作准双向I/O口） P2口（P2.0~P2.7）——该端口内部有上拉电阻R又有切换开关MUX，所以P2端口在功能上兼有P1和P2 口的功能。 P3口（P3.0~P3.7）——P3口是一个多功能端口，除了可以做I/O口外，还具有第二功能。
超声波测距系统总体方案框图
➢ AT89C51介绍 ➢ 单片机最小系统 ➢ 超声波发射电路 ➢ 超声波接收电路 ➢ 温度补偿电路 ➢ 显示电路 ➢ 电源介绍
硬件设计
The hardware design
AT89C51介绍
1.主要性能参数
与MCS—51产品指令系统完全兼容 4K字节可以重复擦写Flash闪速存储器 1000吃擦写周期 全静态操作：0Hz—24Hz 三级加密程序存储器 128*8字节内部RAM 32个可编程I/O口线 6个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式
意义：超声波测距是利用声波反射原理，避免传感器直接与介质接触，是一 种传统而实用的非接触测量方法。与红外、激光及无线电测距相比，它具有 结构简单、可靠性能高、价格便宜等优异特性。在近距离范围内超声波测距 具有不受光线、颜色以及电磁场的影响和指向性强的优点，更重要的是使用 超声波检测能很大程度的降低劳动强度，可以避免工作人员在恶劣工作环境 中可能受到的伤害，还能够提高距离结果的准确度；因此超声测距广泛应用 于倒车雷达、机器人自动避障、地形地貌探测及一wenku.baidu.com工业现场等方面。超声 波测距仪对电子测量技术发展是非常重要的。
应用三
超声波测距仪:公英制转换；计算面积和体积；五组数据存储；长 度累加测试。主要应用于：室内装潢设计，建筑施工，房地产公司房 子丈量，工程监理现场查验，房地产开发建设，评估，施工，公共设 施规划，园林。
1.1基本参数
工作电压：4.5V~5.5V。 功耗电流：最小1mA，最大20mA ； 谐振频率：40KHz； 探测距离范围：4毫米～4米。误差：4% 距离数据格式：以毫米为最小数据单位，双字节 16进制传输，前高后低； 1.2原理
应用一
倒车雷达：解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰， 并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。
应用二
超声波物位计是运用超声波在气体、液体或固体中的衰减、穿透能力和声阻抗不 同的性质来测量两种介质的界面。此类仪表精度高、反应快，但成本高、维护维 修困难，都用于要求测量精度较高的场合。
单片机最小系统
单片机最小系统主要由AT89C51单片机、外部 振荡电路、复位电路和+5V电源组成。
在外部振荡电路中，单片机的XTAL1和XTAL2 管脚分别接至由12MHZ晶振和两个30PF电容构成 的振荡电路两侧，为电路提供正常的时钟脉冲。
在复位电路中，单片机RESET管脚一方面经20 F的电容接至电源正极，实现上电自动复位，另一 方面经开关s接电源。其主要功能是把PC初始化为 0000H，是单片机从0000H单元开始执行程序， 除了进入系统的初始化之外，当由于程序出错或者 操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境， 也需要按复位键重新启动
经发射器发射出长约6mm，频率为40KHZ的超声波信号。此信号被物体反射回来由接收头接收， 接收头实质上是一种压电效应的换能器。它接收到信号后产生mV级的微弱电压信号。
超声波测距原理`
Ultrasonic distance measurement principle
发射器发出的超声波以速度v在空气中传播，在到达被测物体是被反射返回，由接受器 接受，其往返时间为t，有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。如果测距精度要求很高，则应该通过温度补偿的方法加以校正。
超声波波速与温度的关系
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386
基于单片机的超声波测距仪设计
答辩人： 指导教师：
目 录Contents
➢ 选题的背景与意义 ➢ 超声波测距的应用 ➢ 超声波测距原理 ➢ 系统硬件设计 ➢ 系统软件设计 ➢ 总结
选题的背景
The background of the topic
背景：近年来，电子测量技术应用越来越广泛，超声波测距作为一种典型的 非接触测量方法，具有的高精度、损耗低、非接触等优点，使得超声测距在 很多场合得到了运用。