超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告、

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超声波测距仪

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目录

摘要 (3)

第一章绪论 (3)

）

设计要求 (3)

理论基础 (3)

系统概述 (4)

第二章方案论证 (4)

系统控制模块 (5)

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距离测量模块 (5)

温度测量模块 (5)

实时显示模块 (5)

蜂鸣报警模块 (6)

第三章硬件电路设计 (6)

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超声波收发电路 (6)

温度测量电路 (7)

显示电路 (8)

蜂鸣器报警电路 (9)

第四章软件设计 (10)

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第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11)

画PCB及制作 (11)

焊接问题及解决 (11)

软件调试 (11)

实验总结 (12)

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附件 (13)

元器件清单 (13)

HC-SR04超声波测距模块说明书 (14)

电路原理图 (16)

PCB图 (16)

（

程序 (17)

摘要

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该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。

关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警

第一章绪论

1.1设计要求

设计一个超声波测距仪，实现以下功能：

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(2)测量距离要求不低于2米；

(3)测量精度±1cm；

（3）超限蜂鸣器或语音报警。

1.2理论基础

一、超声波传感器基础知识

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超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。

超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关：

在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=+0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C.

二、压电式超声波发生器原理

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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。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。

三、超声波测距原理

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

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C，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=Ct/2 。

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从上面超声波特性可以知道：超声波在空气中的传播速度与温度有关：C=+0C (m/s)，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，典型的环境温度与超

1.3.

1.4系统概述

超声波测距仪主要由超声波收发装置、单片机、测温装置、报警装置、LCD显示等组成。系统检测距离的原理是通过单片机发出40 kHz的方波脉冲信号后，检测接收端是否能够接收到遇障碍物反射的回波，同时，测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，同时显示出当前距离与温度。测量距离范围为2～250cm。可测量温度范围为-30～150°C。有温度与距离显示，误差小，精度高。蜂鸣器预警和距离采样频率动态变化，距离越远，采样越慢。

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图一系统框图

第二章方案论证

系统控制模块

控制器主要用于控制超声波起振脉冲的产生、对回波信号的处理、温度测量模块、蜂鸣报警以及显示模块的控制。采用STC89C52 单片机作为系统控制器。它的运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低，成本低，技术成熟。其程序可以采用 C语言编写，可读性强，烧写程序容易，这大大加快了系统的开发与调试。而且STC89C52有2个独立的定时器，两个独立的外部中断，正好可以达到我们的要求；IO足够，还可外拓功能（如进行报警器的接入）。

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距离测量模块

采用超声波传感器测距。由于超声波的波长短，超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射、也能够聚焦，而且遵循几何光学上的定律，即超声波从一种物质表面反射时，反射角等于入射角。超声波具有较好的指向性，频率越高，指向性越强，具有较高的分辨率，因而其测试精度也较其他方法高。而且超声波传感器具有体积小，结构简单，信号处理可靠性高的特点，价格较便宜，成功案例较多，可行性很高。

这里选用HC-SR04超声波测距模块，该模块性能稳定，测度距离精确，超微型,只相当于两个发射、接收头的面积,无盲区，反应速度快（10ms的测量周期）。

温度测量模块

方案一：采用热敏电阻。热敏电阻体积小，使用方便，但是精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590，LM35、TMP75等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必