超声波测距仪硬件电路的设计
基于AT89S51单片机超声波测距仪器设计
软件部分
2、超声波发射模块：产生一定频率的超声波信号，并通过发射器发射出去。 3、超声波接收模块：接收反射回来的超声波信号，并进行预处理。
软件部分
4、距离计算模块：根据超声波的传播时间、速度等参数，计算两点之间的距 离。
5、系统主程序模块：循环执行以上各模块，实时更新测量结果并显示在屏幕 上。
实验研究
实验研究
为了验证本设计的正确性和可行性，我们进行了一系列实验研究。实验中， 我们采用标准距离块作为参考，对比本设计系统的测量结果和实际距离，以评估 测距精度和稳定性。实验结果表明，本设计的超声波测距系统在0.1~1.0米的距 离范围内的测距精度达到±1%，稳定性良好。
结论与展望
结论与展望
本次演示设计的基于AT89S51单片机的超声波测距系统，具有较高的测距精度 和稳定性。通过实验研究，验证了本设计的正确性和可行性。相比传统的测距方 法，本设计具有操作简便、实时性好、抗干扰能力强等优点。在机器人导航、自 动控制、测量等领域具有广泛的应用前景。
硬件部分
硬件部分
超声波发射器采用压电陶瓷晶体产生超声波，接收器采用高灵敏度的压电陶 瓷晶体接收超声波。信号处理模块包括AT89S51单片机、A/D转换器和显示模块。 单片机负责控制整个系统，A/D转换器负责将接收到的模拟信号转换为数字信号， 显示模块则负责实时显示测量结果。
软件部分
软件部分
软件部分采用C语言编写，主要包括以下几个模块： 1、系统初始化模块：对系统进行初始化设置，包括单片机、A/D转换器和显 示模块等。
参考内容
内容摘要
超声波测距系统的设计与研究：以AT89S51单片机为核心
引言
引言
超声波测距技术在许多领域都具有广泛的应用，例如机器人导航、自动控制、 测量等领域。超声波测距系统利用超声波的传播特性，测量两点之间的距离或者 物体的位移。本次演示以AT89S51单片机为核心，设计了一种超声波测距系统， 旨在提高测距精度和稳定性。
毕业设计超声波测距系统的硬件设计
本科生毕业设计（论文）学院（系）：专业：学生：指导教师：完成日期 2010 年 5 月超声波测距系统的硬件设计The Hardware Design of Ultrasonic Ranging Systerm学院（系）：专业：学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：2010.05.10超声波测距系统的硬件设计测控技术与仪器［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。
在本次设计中，设计的超声波测距系统的测量精度为1cm，能够清晰稳定地显示测量结果。
在整个超声波测距硬件电路模块中主要的电路设计有超声波发射电路、超声波接收电路、显示电路、温度补偿电路以及声光报警电路构成。
其中接收电路主要采用的是CX20106A；发射电路采用的是反相器74HC04及超声波发射换能器组成；另外，为了提高测量的精度在电路中又加入了温度补偿装置，DS18B20就是用来测量当前温度从而来实现这一功能。
通过实物验证这一设计方案是可行的。
［关键词］STC89C52；超声波测距；74HC04；CX20106A;温度补偿The Hardware Design of Ultrasonic Ranging Systerm Tracking Control Technology and EquipmentAbstract:Ultrasonic range finder, can be applied to the car into reverse, the construction sites and industrial the position to monitor and may be used as the old, dark, the length of such occasions. In the design of system design, precision measurement range of ultrasonic, the stability of 1cm clear that measurement.In the whole range of ultrasonic hardware circuit that the main circuit design has an ultrasonic the circuit, an ultrasound the circuit, show circuit, temperature compensate circuit and the audible and visible police made a circuit.One of the main circuits are CX20106A ;The circuit is the use of ultrasonic 74HC04 and in the launch of the change to another in order to improve ;The precision measurement in the circuit joined the compensation arrangement, DS18B20 is used to measure the temperature and to fulfil this function. In the design by the scheme is feasible.Keywords:STC89C52;Silent WaveMeasureDistance；74HC04;CX20106A;Temperature Compensation目录1 序言 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)2 超声波测距的设计思路 (2)2.1 超声波传感器及其测距原理 (2)2.2 方案论证 (3)3 总体方案设计 (3)3.1 单片机测距原理 (4)3.2 单片机系统及其基本电路 (4).1 STC89C52的功能介绍 (5).2 单片机的基本连接电路 (6)3.3 超声波发射部分电路 (7)3.4 超声波接收部分电路 (8)3.5 温度补偿电路 (10).1 温度传感器工作原理 (10).2 温度补偿电路 (11)3.6 数码显示电路 (12)3. 数码管基本知识 (12)3.7 键盘电路 (14)3.7 报警电路 (15)4 软硬件调试 (16)参考文献 (16)附录 (16)结束语 (19)致谢 (20)1 序言课题研究的背景及意义在我国，超声学的研究开始于二十世纪五十年代，1959年至1964年间我国建立了分子声学实验室，对驰豫吸收、悬浮体的声吸收等问题进行了深入的研究，设计生产了固体中超声衰减的测量设备，对粘弹性和可压缩流体的声速和衰减的研究取得了令人兴奋的成果。
超声波测距系统的设计
超声波测距系统的设计引言：一、硬件设计：1.选择传感器：超声波传感器是测距系统的核心部件，通常采用脉冲法进行测量。
在选择传感器时，应考虑工作频率、测量范围、精度和稳定性等参数，并根据实际需求进行选择。
2.驱动电路设计：超声波传感器需要高频信号进行激励，设计驱动电路时需要根据传感器的工作要求来设计合适的电路，保证信号稳定且能够满足传感器的工作需求。
3.接收电路设计：超声波传感器产生的脉冲回波需要经过接收电路进行信号放大和滤波处理，设计接收电路时需要考虑信号放大的增益、滤波器的截止频率以及抗干扰能力等因素。
4.控制板设计：控制板是超声波测距系统中的核心控制器，负责控制测距过程、数据处理以及通信等功能。
在设计控制板时，应根据系统的要求选择合适的微控制器或单片机，并设计合理的电路布局和电源电路。
二、软件编程：1.驱动程序开发：根据传感器的规格书和数据手册，编写相应的驱动程序，实现对超声波传感器的激励和接收。
2.距离计算算法开发：通过测量超声波的往返时间来计算距离，根据声速和时间的关系进行距离计算，并根据实际情况对计算结果进行修正。
3.数据处理和显示：根据实际需求，对测量得到的距离进行处理，并将结果显示在合适的显示设备上，如LCD屏幕或计算机等。
4.数据通信：如果需要将测量结果传输至其他设备或系统，则需要编写相应的数据通信程序，实现数据的传输和接收。
三、系统测试与优化：1.测试传感器性能：测试测距系统的稳定性、精度和灵敏度等性能指标，根据测试结果对系统参数进行优化和调整。
2.系统校准：超声波测距系统可能受到环境温度、湿度和声速等因素的影响，需要进行校准以提高测量精度。
3.系统集成与实际应用：将超声波测距系统与实际应用场景进行集成，进行实际测试和验证。
总结：超声波测距系统的设计包括硬件设计和软件编程两个方面，其中硬件设计主要包括传感器选择、驱动电路设计和接收电路设计等；软件编程主要包括驱动程序开发、距离计算算法开发、数据处理和显示以及数据通信等。
超声波测距电路设计设计
超声波测距电路设计摘要随着单片机技术的发展，各种控制系统都趋向于自动化。
以单片机为核心的控制系统体积小、功能强、价格低，因而在众多领域得到广泛应用，并显示出广阔前景。
论文介绍了一种运用单片机和CX20106A组成的超声波测距系统。
本设计主要以STC89C51作为控制核心，包括键盘输入模块，超声波发射模块，超声波接收模块（CX20106A），数码管显示模块，报警模块。
主要实现超声波测距并显示功能，依据实际的测量精度要求还可以添加温度补偿电路。
本系统成本低廉，功能实用。
硬件系统具有良好的性能，且由于构成系统的器件应用普遍，便于维护。
因此，本设计具有较强的性价比及实用性。
关键词：STC89C51；CX20106A ；超声波发射模块；超声波接收模块；LED显示电路AbstractAlong with the monolithic integrated circuit technology development, each kind of control system all tends to the automation. By the monolithic integrated circuit for the core control system volume small, the function strong, the price is low, thus obtains the widespread application in the multitudinous domain, and demonstrates the broad prospect.This design is based mainly on STC89C51 chip core ultrasonic range finder, and a ultrasonic processing module CX20106A, CD4069 composed of ultrasonic transmitter, digital display devices such as composition, including the SCM system, ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver circuit, MCU Resetcircuit, LED display circuit.Ultrasonic Distance and direction to achieve the main functionality.Based on the actual measurement accuracy can also add temperature compensation circuit.The system cost, functional and practical.Hardware system has good performance, and constitute a system of device applications as universal, easy maintenance.Therefore, this design has a strong cost-effective and practical.Keywords:stc89c51 ;CX20106A ; ultrasonic emission of ultrasonic receiver ; LED display circuit;目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................. I I 目录........................................................................................................ I II 1绪论 (1)1.1 课题意义 (1)1.2 单片机发展历史 (1)2超声波测距仪系统的硬件和软件的功能分析 (3)2.1 超声波测距的设计原理论证 (3)2.1.1 超声波测距仪的设计思路 (3)2.1.2超声波测距原理 (3)2.1.3超声波测距仪原理框图 (4)2.2 电超声波测距仪系统的软件方案论证 (5)3超声波测距仪系统的硬件设计 (6)3.1 STC89C51简介 (6)3.2 数码管显示的设计 (12)3.2.1 八位7段数码管工作原理 (12)3.3 超声波发射电路模块设计 (13)3.4 超声波接收电路模块设计 (14)3.4.1超声波接收电路设计原理 (14)3.4.2 CX20106A (15)4超声波测距系统的软件设计 (17)4.1程序的总体设计 (17)4.1.1 主程序设计 (17)4.2 40KHZ 脉冲的产生与超声波发射 (18)4.3 显示子程序和蜂鸣报警子程序设计 (20)5超声波测距仪调试与测试 (21)5.1调试 (21)5.1.1硬件调试 (21)5.1.2软件调试 (23)结论 (25)结束语 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录I——程序源码 (29)附录II——电路原理图 (48)1绪论1.1 课题意义随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广。
超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计1. 引言超声波测距仪是一种常用的测量设备，可以通过发射超声波信号，并接收反射信号来测量物体与测距仪之间的距离。
本文将介绍超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计，并提供该测距仪的详细设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的设计原理基于声波在空气中传播的特性。
当超声波信号发送器发出一束超声波信号时，该信号会在物体表面反射，并被接收器接收到。
通过测量超声波信号的发送和接收时间差，可以得到物体与测距仪之间的距离。
3. 硬件设计3.1 发送器设计发送器的设计主要包括超声波发射器和电路控制部分。
超声波发射器是一个压电陶瓷片，通过电路控制部分提供的电压信号激励，产生高频的超声波信号。
在设计过程中，需要考虑发射器的共振频率和驱动电压的选择，以及电路控制部分的电流保护和输出功率控制等。
3.2 接收器设计接收器的设计主要包括超声波接收器和信号处理部分。
超声波接收器接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
信号处理部分对接收到的电信号进行放大、滤波和后续处理，以提取出有效的距离信息。
3.3 距离计算通过测量发送超声波信号和接收超声波信号的时间差，可以计算出物体与测距仪之间的距离。
距离的计算公式如下：距离 = 速度 × 时间差 / 2其中，速度是超声波在空气中传播的速度，通常可以取340米/秒。
3.4 显示与输出设计中可以添加LED显示屏或者数码管等显示设备，以显示测得的距离。
同时，还可以通过串口或者无线通信等方式，将测得的距离输出到计算机或其他外部设备上进行进一步处理。
4. 软件设计在超声波测距仪的软件设计中，通常需要实现以下功能:•控制发送器和接收器的开关状态和工作频率；•读取接收器接收到的信号，并进行处理；•根据接收到的信号计算距离；•将测得的距离输出到显示设备或者外部设备。
在设计过程中，可以使用C/C++等编程语言，结合相关的硬件接口库来实现软件功能。
5. 总结本文介绍了超声波测距仪的设计原理、硬件设计和软件设计。
超声波测距系统设计
超声波测距系统设计一、设计原理超声波测距原理基于声波的传播速度和时间的关系。
声波在空气中传播的速度约为343m/s。
当声波发射到目标物体上后，部分声波会被目标物体反射回来。
通过测量声波从发射到接收的时间差，再乘以声速即可计算出目标物体与传感器的距离。
二、硬件设计1.超声波发射器：超声波发射器是实现超声波测距的关键部件，它负责产生超声波脉冲并将其发射出去。
常用的超声波发射器是压电传感器，它具有快速响应、高灵敏度等特点。
2.超声波接收器：超声波接收器用于接收从目标物体反射回来的超声波，并将其转化为电信号。
同样，压电传感器也可以用作超声波接收器。
3.控制电路：控制电路负责控制超声波发射器和接收器的工作。
例如，它可以通过控制超声波发射器的工作时间来产生超声波脉冲。
同时，控制电路还需要接收超声波接收器输出的电信号，并通过计时器来测量声波从发射到接收的时间差。
4.显示屏：显示屏用于显示测距结果，通过显示屏可以直观地观察到目标物体与传感器的距离。
三、软件设计1.信号处理：在接收到超声波接收器输出的电信号后，需要对信号进行处理。
通常情况下，控制电路会将接收到的信号由模拟信号转换为数字信号。
然后，可以使用特定的算法对数字信号进行处理，例如滤波、峰值检测等，以获取稳定的距离数据。
2.距离计算：根据声波从发射到接收的时间差和声速，可以计算出目标物体与传感器的距离。
计算公式为：距离=速度×时间差。
3.结果显示：最后，将计算得到的距离结果显示在屏幕上，用户可以直接观察到距离结果。
四、总结超声波测距系统是一种简单、实用的测距技术。
通过合理的硬件设计和严密的软件设计，可以实现可靠、准确的测距功能。
同时，超声波测距系统还具有成本低、测量范围广等优点，被广泛应用于自动控制、车辆定位和智能机器人等领域。
超声波测距
超声波测距超声测距该电子产品－超声测距仪是在按键的步进控制下实现在30cm～120cm的距离探测，并具有数码管实时显示探测距离值功能，设定距离值报警功能，手动调整报警范围等功能。
1.硬件电路原理设计该超声测距仪其硬件电路框图如图1所示（虚线框图电路不在机器内部PCB 电路板上）。
整个电路可分为电路板供电电路，超声波发射接收电路，控制、显示及报警电路三个大的部分。
交流220V的市电经经变压、整流滤波、稳压的处理后输出±12V和+5V的恒定直流电压供应整个电路各个部分电源使用。
脉冲产生电路产生的40KHz的脉冲信号经驱动电路驱动功率后进如超声波发射器，让其发出超声波。
超声波接收器接受到发射器发出的超声波信号后经信号方大、处理比较后进入单片机微控制器，单片机将进行计算分析后在数码管显示模块显示出当前测量距离值。
并与从按键处设定的报警上下限值进行比较，当超出其所设定值时，报警电路将启动，红色警报灯点亮。
图1 硬件电路框图下面将分别按照上面陈述的电路分三个部分进行分析，图2是其电路原理图图2 硬件电路原理图1.1 电路板供电电路设计电路板供电电路如图2所示，220V的市电经变压器变压后输出两路交流15V 电压，此电压经整流、滤波处理后输出±15V直流电压，分别经三端集成稳压芯片U1（7812）,U2（7912），输出恒定的+12V电压和-12V电压，这两路电压提供运放芯片所需电源及PCB板电路部分需要电压。
+12V电压经U3(7805)后输出恒定+5V电压，供应单片机、555芯片等芯片所需电源。
图2 电路板供电电路原理图1.2超声波发射接收模块设计超声波发射接收模块电路如图4所示，单片机PD7端口控制脉冲产生电路的启动与否，脉冲产生电路由555芯片接成多谐振荡器，选取合适的元器件参数，U4(555芯片)第三脚将输出40KHz的矩形波脉冲信号，此信号经反相器U5(CD4049)接成的驱动电路后进入超声波发射器，由电压信号转换为机械信号，发射出超声波。
《超声波测距仪电路设计》
《超声波测距仪电路设计》超声波测距仪电路设计超声波测距仪是一种常见的测距装置，它利用超声波的传播特性来测量目标物体与测距仪之间的距离。
其基本原理是利用超声波的发射和接收来计算目标物体与设备之间的距离。
超声波测距仪的电路设计包括发射电路和接收电路两部分。
1.发射电路设计超声波测距仪的发射电路主要包括发射器、脉冲发生电路和驱动电路。
发射器是将电能转换为声能的装置，一般采用压电陶瓷材料。
脉冲发生电路是用来产生发送的超声波脉冲信号的电路，常用的是555定时器芯片，通过设置合适的频率和占空比，可以实现超声波脉冲的产生。
驱动电路主要是将脉冲信号放大，并提供足够的电流和电压来驱动发射器。
2.接收电路设计超声波测距仪的接收电路主要包括接收器、放大电路和信号处理电路。
接收器是将接收到的声波信号转换为电信号的装置，常用的是压电陶瓷材料。
放大电路主要是将接收到的微弱信号放大到合适的电平，以便后续的信号处理。
信号处理电路包括滤波器和放大器，滤波器用于滤除杂散信号，放大器用于放大清晰的接收信号。
3.其他设计考虑除了发射电路和接收电路，还需要考虑一些其他设计因素。
第一，为了减小测量误差，需要加入合适的校准电路来对测量系统进行校准。
第二，为了方便使用，可以加入显示电路，将测量结果以数字或者模拟形式显示出来。
第三，为了提高抗干扰能力，可以加入滤波器和抗干扰电路来滤除干扰信号。
总之，超声波测距仪电路设计需要考虑发射电路、接收电路以及其他设计因素，合理配置各个部分的电路参数，并利用合适的元器件和电路拓扑结构，以提高测距仪的精度和稳定性。
在实际设计中，还需要考虑功耗、成本和尺寸等因素，以满足具体应用的要求。
超声波测距系统电路制作与调试
超声波测距系统电路制作与调试
1
任务描述
2
实训设备与器件
3
电路制作与调试
4
问题思考
1任务描述
工作任务： 基于超声波发射板和接收板制作超声波 测距系统电路。
任务要求： 按照工作任务设计并制作与调试电路，要 求各部分波形进行测试。
实训设备与器件
实训设备与器件： 超声波发射板 超声波接收板 单片机控制单元 直流稳压电源 数字万用表 示波器
ห้องสมุดไป่ตู้发射电路
驱动电路
超声波发射头
选频放大
超声波接收头
执行单元
显示
控制部分
电源部分
接收电路
电源部分
3 电路制作与调试
（2）将直流稳压电源输出+9V电源接到发射电 路板和接收电路板上。 （3）用示波器观察记录发射板信号波形 （4）用示波器观察记录接收板信号波形
4
问题思考
图中的“CONTORL”信号有何作用？
3 电路制作与调试
（1）按图示进行电路连接
+9V GND
发射头
f =40kHz
振荡 电路
驱动 电路
超声波发射电路
直流稳压电源
T 隔离挡板
示波器 探头
outpu t 波形
变换
+9V GND
选频 放大
接收头
R 超声波接收电路
超声波测距系统的总体设计方案
键盘控制
输
中央
振荡电路
出
控制
报
处理
警
单元
波形变换
THE END
超声波测距电路制作
超声波测距电路制作超声波测距电路制作超声波测距仪制作本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
一、电路原理1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、RB=150KΩ、C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、RB=15KΩ、C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL TH)= 1/((10.35 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波测距仪的设计方案
超声波测距仪的设计方案简介超声波测距仪是一种常见的测距设备，它利用超声波的传播特性来实现对距离的测量。
本文将介绍超声波测距仪的设计方案，包括硬件设计和软件设计。
硬件设计超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部件，它能够发射超声波并接收回波。
常用的超声波传感器有两种，一种是单通道超声波传感器，一种是多通道超声波传感器。
控制电路超声波传感器和微控制器之间需要通过控制电路进行连接。
控制电路主要包括电压转换电路、信号放大电路和滤波电路，它们的作用是将超声波传感器输出的模拟信号转换为微控制器能够识别的数字信号。
显示装置为了方便用户查看测距结果，超声波测距仪通常会配备一个显示装置。
显示装置可以是液晶显示屏、数码管等，通过显示装置可以直观地显示测距结果。
电源模块超声波测距仪需要一个可靠的电源供电。
电源模块可以采用锂电池、干电池或者充电电池等供电方式。
软件设计初始化配置超声波测距仪启动时需要对各个模块进行初始化配置。
这包括设置超声波传感器的工作频率和增益，设置控制电路的参数，以及初始化显示装置等。
超声波测距算法超声波测距算法是超声波测距仪的核心算法，它主要用于计算超声波传感器发射的超声波到接收回波之间的时间差，从而得到距离。
常用的超声波测距算法有三角函数法、脉冲回波法和相位差法等。
其中，三角函数法是最简单的算法，适用于测量距离较短的情况；脉冲回波法和相位差法适用于测量距离较长的情况，但需要更为复杂的计算。
距离显示软件设计中还需要考虑如何将测得的距离值进行显示。
可以通过数码管、液晶显示屏或者计算机界面等方式进行显示。
报警功能超声波测距仪还可以增加报警功能，当检测到距离超过设定的阈值时，触发报警，提示用户该区域存在障碍物。
总结超声波测距仪的设计方案主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计包括超声波传感器、控制电路、显示装置和电源模块的设计。
软件设计包括初始化配置、超声波测距算法、距离显示和报警功能等。
通过合理设计和优化算法，可以实现一个精准、稳定的超声波测距仪。
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。
超声波测距模块的设计
超声波测距模块的设计超声波测距模块是一种基于超声波原理的测距模块，可以用于测量距离或者检测物体的存在。
设计超声波测距模块，需要进行硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计：超声波测距模块的硬件设计包括电路原理图设计、电路布局设计和PCB设计。
1.电路原理图设计超声波测距模块的电路原理图主要包括以下几个部分：a. 超声波发生电路超声波发生电路的主要作用是产生超声波信号，其元件包括一个555计时器和驱动脉冲发生器。
b. 超声波接收电路超声波接收电路主要用于检测返回的超声波信号并将其转换为电信号，其元件包括压电传感器、放大器和低通滤波器。
c. 控制电路控制电路主要用于控制超声波发射和接收的时间，其元件包括单片机、时钟电路和驱动芯片。
2.电路布局设计电路布局设计需要考虑电路元件的布置和布线方式，以保证电路的稳定性和可靠性。
一般来说，放置超声波接收器和发生器的距离要尽可能的短，并且在布局时应尽量避免电路元件之间的干扰。
3.PCB设计PCB设计是将电路原理图转换为实际产品的过程，需要将所有元件按照电路布局设计好的方式布置在PCB板上，并进行良好的布线，以保证电路的稳定性和可靠性。
软件设计：软件设计主要包括单片机程序的编写和调试。
1.单片机程序编写超声波测距模块的单片机程序主要负责控制超声波的发射和接收、计算测量距离等功能。
具体流程如下：a. 发送起始脉冲：单片机设定超声波发生电路发送起始脉冲。
b. 接收回波信号：单片机接收到返回的超声波信号，并将其转换为数字信号。
c. 计算距离：单片机根据超声波行走时间和声速计算测量距离。
d. 输出距离数据：单片机将测量距离数据输出到显示模块进行显示。
2.调试调试主要是对硬件和软件进行测试和调整以确保其正常工作。
在调试过程中，需要逐步测试各个部分的工作状态，并根据测试结果对电路和程序进行相应的调整和优化。
需要注意的是，超声波测距模块在设计和制作过程中，需要对传感器的灵敏度、发射频率、接收灵敏度等参数进行合理选择和设置，以保证测量精度和稳定性。
超声波测距仪的硬件电路图
超声波测距仪的硬件电路图
AT89C2051通过外部引脚P1.6输出脉冲宽度为250μs，载波为40kHz的10个脉冲的脉冲群，以推挽形式加到变压器的初级，经升压变换推动超声波换能器发射出去。
在发射的同时，P1.7输出一个高电平启动，给电容C4充电。
发射结束时高电平翻转为低电平，C4开始对R2、R3组成的分压器放电并输出到比较器的负端。
超声波接收换能器将接收到的障碍物反射的超声波送到放大器进行放大，这是一个高增益、低噪声放大器，在对放大后的信号进行检波后将检测回波送到比较器的正输入端。
发射时P1.7输出的电平可以抑制比较器的翻转，这样就可以抑制发射器发射的超声波直接辐射到接收器而导致错误检测。
毕业设计超声波测距仪设计
毕业设计超声波测距仪设计（以下内容仅供参考）一、设计要求1.设计一款超声波测距仪，最大测量距离为5米。
2.能够实现实时测量距离。
3.具有屏幕显示测距结果。
4.能够通过按键控制实现最大距离设置。
二、设计方案1.硬件设计2.软件设计1.硬件设计超声波测距仪主要由以下部分组成：1）Arduino UNO开发板Arduino UNO开发板是一款开源的硬件平台，基于ATmega328P单片机。
可以通过编写软件来控制它，从而实现各种功能。
在该设计中，我们使用Arduino UNO作为超声波测距仪的主控板。
2）超声波传感器超声波传感器是超声波测距仪的核心部分。
它通过发射和接收超声波，来测量被测物体和传感器间的距离。
在该设计中，我们使用HC-SR04超声波传感器。
3）1602液晶显示屏1602液晶显示屏是用于在超声波测距仪中显示测距结果的显示设备。
4）按键按键用于设置最大距离。
5）发光二极管发光二极管用于指示测量状态。
2.软件设计超声波测距仪的软件设计主要包括以下三个部分：1）超声波测距的程序设计该部分主要负责调用超声波传感器进行距离测量，并返回测量结果。
2）LCD1602数字显示的程序设计该部分主要负责在1602液晶显示屏上显示测量结果。
3）设置最大距离的程序设计该部分主要负责通过按键设置最大距离。
三、系统实现1.硬件实现超声波传感器通过引脚连接到Arduino UNO的第8、9、10、11号IO口（分别为Trig、Echo、Vcc、GND），1602液晶显示屏通过引脚连接到Arduino UNO的第12、13、6、7、5、4号IO口（分别为RS、EN、D4、D5、D6、D7），按键通过引脚连接到Arduino UNO的第3号IO口，发光二极管通过引脚连接到Arduino UNO的第2号IO口。
2.软件实现1）超声波测距程序设计：首先定义Trig、Echo两个引脚，然后定义pulseIn函数，这个函数的作用是等待Echo引脚输出一个高电平，然后返回Echo引脚的高电平持续时间（us）。
超声波测距仪硬件电路设计
第三章超声波测距仪硬件电路的设计3.1超声波测距仪硬件电路硬件电路可分为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局部。
3.1.1单片机系统及显示电路本系统采用AT89S52来实现对超声波传感器的控制。
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。
超声波测距的硬件示意图如图3所示：单片机采用89552或其兼容系列。
采用12MHz高精度的晶振，已获得较稳定的时钟频率，减少测量误差。
单片机用口1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号，利用外中断0 口检测超声波接收电路输出的返回信号。
3.1.2显示的输出显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等，都可以与微机连接。
其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器〔简称 LED显示器〕。
液晶显示器简LCD。
LED显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便，LCD可显示图形，但接口较复杂本钱也较高。
该电路使用7段LED构成字型“8〃，另外还有一个发光二极管显示符号及小数点。
这种显示器分共阳极和共阴极两种。
这里采用共阳极LED 显示块的发 光二极管阳极共接，如下列图3-1所示，当某个发光二极管的阴极为低电平时， 该发光二极管亮。
它的管脚配置如下列图3-2所示。
实际上要显示各种数字和字符，只需在各段二极管的阴极上加不同的电平， 就可以得到不同的代码。
这些用来控制LED 显示的不同电平代码称为字段码〔也 称段选码〕。
如下表为七段1日口的段选码。
表3-1七段1日口的段选码 显示字符共阳极段选码 dp gfedcba显示字符 共阳极段选码dp gfedcba0 C0H A 88H 1 F9H B 83H 2 A4H C C6H 3 B0H D A1H 4 99H E 86H 5 92H F 8EH 682HP8CHVCC图3-1图3-2come d c dp com7 F8H y 91H8 80H 8. 00H9 90H “灭〃FFH本系统显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，位码用PNP三极管8550驱动。
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第三章超声波测距仪硬件电路的设计3.1超声波测距仪硬件电路硬件电路可分为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。
3.1.1单片机系统及显示电路本系统采用AT89S52来实现对超声波传感器的控制。
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INTO 引脚，当INTO 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。
超声波 测距的硬件示意图如图3所示：单片机采用89S52或其兼容系列。
采用12MHz 高精度的晶振，已获得较稳定 的时钟频率，减少测量误差。
单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHZ 的方波信号，利用外中断0 口检测超声波接收电路输出的返回信号。
3.1.2显示的输出显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT 显示器等，都可以与 微机连接。
其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器（简称 LED 显示器）0液晶显示器简LCD LED 显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便， LCD 可显示图形，但接口较复杂成本也较高。
该电路使用7段LED 构成字型“8”，另外还有一个发光二极管显示符号及小 数点。
这种显示器分共阳极和共阴极两种。
这里采用共阳极LED 显示块的发光二 极管阳极共接，如下图3-1所示，当某个发光二极管的阴极为低电平时， 该发光 二极管亮。
它的管脚配置如下图 3-2所示。
实际上要显示各种数字和字符，只需在各段二极管的阴极上加不同的电平,ief g dpVCC5图3-图3-2com E £ a b a d c dpcan就可以得到不同的代码。
这些用来控制LED 显示的不同电平代码称为字段码 （也 称段选码）。
如下表为七段LED 的段选码。
表3-1七段LED 的段选码显示字符共阳极段选码 dp gfedcba显示字符 共阳极段选码dp gfedcbaC0HA 88H1 F9H B 83H2 A4H C C6H3 B0H D A1H4 99H E 86H5 92H F 8EH6 82H P 8CH7 F8H y 91H8 80H 8.00H 990H “灭”FFH 本系统显示电路采用简单实用的4位共阳LED 数码管，位码用PNP 三极管 8550驱动。
单片机系统显示电路如图 3-3所示。
3.1.1超声波发射电路超声波发射电路原理图如图3-4所示。
发射电路主要有反向器 CD4069和超1”r 亠- --W 丈于一--H U声波发生换能器T 构成，单片机P1.0的端口输出40KHZ 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。
用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端， 可以提高超 声波的发射强度。
输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。
上拉电阻 R10, R11 一方面可以提高反向器741S04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，缩短其自由震荡的时间。
3.1.2超声波检测接收电路集成电路CX20106A 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 与测距的超声波频率40KHZ 较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路（如图 3-5）。
实验证明用CX2O1O6A S 受超声波（无信号时输出高电平），具有很高的灵敏度和较强的抗干 扰能力。
适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
图5图3-5超声波检测接收电路原理图图3-4超声波发射电路原理图第四章 超声波测距仪系统程序的设计4.1超声波测距仪的程序设计超声波测距器的软件设计主要由主程序， 超声波发生子程序，超声波接受中 断程序及显示子程序组成。
我们知道C 语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编 语言程序则具有较高的效率并且容易精确计算程序运行的时间， 而超声波测距器 的程序既有较复杂的计算（计算距离时），有要求精确计算程序运行时间（超声 波测距时），所以控制程序可采用C 语言和汇编语言混合编程。
下面对超声波测 距器的算法、主程序、超声波发生子程序和超声波接收断程序逐一介绍。
4.1.1超声波测距器的算法设计图4-1示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T 在某一时刻发出一个超 声波信号，当这个超声波信号遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器 所接收到。
这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间， 可以计算出超声波发生器与反射物体的距离。
距离的计算公式:d=s/2=（c*t ）/2其中d 为被测物与测距器的距离，s 为声波的来回路程，c 为声波，t 波来回所用的时间。
由于超声波也是一种声波，其声速c 与温度有关，表4-1列出了几种不同温 度下的超声波声速，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，则应通过温度补偿的方法加以校正。
声速校正后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
表4-1不同温度下超声波声速表温度/C -30-20 -10 0 10 20 30 100 声速 c/m/s 313 319 325 323 338 344 349 3864.1.2主程序主程序首先是对系统环境初始化，设定定时器 TO 工作模式为6位定时计数 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，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起 的直射波触发，需要延时约0.1ms为声T R图4-1超声波测距的示意图（这也就是超声波测距器会有一个最小测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。
由于采用的是12MHZ勺晶振，计算器每计一个数就是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）按式（1-2 ）计算，即可得被测物体与测距器之间的距离，设计时取20r时的声速为344m/s则有D=（c*t）/2=172T0/10000cm 1-2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码方式送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。
为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用C语言编写。
图4-1为主程序流程图。
图4-1主程序流程图系统程序流程图如图4-2所示:图4-2超声波测距程序流程图工作时，微处理器AT89S52先把P1.0置0,启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器T0开始计时。
由于我们采用的超声波传感器是收发一体的，所以在发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从返回信号识别消除超声波传感器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后 2.38ms才可以检测，这样就可以抑制输出得干扰。
当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停的扫描INT0引脚，如果INT0接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返回，微处理器进入中断关闭定时器。
再把定时器中的数据经过换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离。
4.2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个左右超声波脉冲信号（频率约为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。
超声波发生子程序较简单，但要求程序运行时间准确，所以米用汇编语言编程。
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（即INT0引脚出现低电平）立即进入中断程序。
进入该中断程序后立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。
如果当计时器溢出是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以表示本次测距不成功。
第五章超声波测距仪误差分析与调试5.1 误差来源分析由超声波测距原理可知，它是基于声波速度不随频率变化为基础的，利用声波行进于待测距离的时间为测量参量确定待测间距。
主要误差来源有：(1)声波速度变化引起的误差，这与空气的元素含量以及空气温度有关。
由声波传播速度Y M可知，声速是与空气的分子量Y与M以及空气温度T有关。
(2)脉冲计数频率的稳定性是直接导致“等效标准尺”长度变化的因素。
N CmL =———m = L m / f由测长误差关系式f可得，当脉冲频率准确到10-5时,如果测量距离L是W 100米的话，m L =0.001米，此误差远小于超生测长误差。
(3)开关门的可靠性是标志超声波测距可靠性的关键，即同步门控制。
也就是说，超声波发射与脉冲计数必须同步开门。
所以，非同步性带来的随机误差会影响结果。
5.2 调试过程超声波测距仪的制作和调试都比较简单，其中超声波发射和接收采用①15的超声波换能器TCT40-10F(T发射)和TCT40-10S1R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。
根据测量范围要求不同，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。
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，测距仪能测的范围为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。
调试注意事项：超声波探头表面严禁用手及其它物体触摸以免产生信号滞后性及损坏所有IC器件最好拔下烙铁插头再焊接，以免损坏.按图安装完毕后接上12V电源,测距部分只要安装正确不必进行调试即可正常工作，同时接收电路应用铁皮屏蔽以增加抗干扰的性能.以上所有芯片采用DIP封装如要缩小体积所有器件可用贴片封装.四使用注意事项: 在测距中应保证测距仪与被测物体距离为定值, 要和被测物体成一条直线, 使测得距离读数的准确性.。