超声波测距系统设计报告

时间：周一晚上

组号：8

创新性实验报告

题目超声波测距报警系统设计

学院电子信息学院

专业电子信息工程

班级08041812

学号08041832 08041948 08041906

学生姓名吴思徐旭东张翠翠

指导教师刘公致

完成日期2010年11月

摘要

本文详细介绍了一种基于单片机的超声测距系统。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。其原理是：单片机发出的超声波，通过换能器发射出去，遇到被测物体后翻身回来，计算此超声波从发射出道接受的时间差从而得出被测物体到测距仪的距离，并通过GSM模块实现短信报警。针对测距系统发射、接受、检测、显示部分的总体设计方案做了论证。给出了系统的硬件原理图和软件原理图。

The Design of System for Ultrasonic Distance

Measurement Using MCU

Abstract

The thesis introduces a kind of single-pulse-reflection ultrasonic distance meter system in detail based on single chip processor.The system could measure certain distance on the premise that the speed of reflected wave in the air is fixed.Based on the study of single chip processor,this paper summarizes the development and fundamental principle of ultrasonic detection.Then it presents the theory and characters of ultrasonic sensor.Moreover,it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter.Then this paper introduces the principle of distance-measuring-device which is designed with the single chip PProcessor of 51series.This principle is based on the ultrasonic measure which is calculated by the time used by ultrasonic traveling from the target,we also .And then the transmission,receiver,detection,display scheme of this distance meter system are brought out.This paper presents the design of the Circuit and debug of the ultrasonic distance sensor.

Key words:single-chip processor,ultrasonic,distance measurement，GSM

1、总体方案设计

1.1超声波测距原理

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，从而测出发射与接收回波的时间差t，然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表一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，则可以认为声速基本不变的，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。声速确定后，只要测的超声波往返的时间，既可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。

温度

（℃)

-30 -20 -10 0 10 20 30

100

声速

（米/

秒）

313 319 325 323 338 344 349 386

表一

1.2方案比较

方案一

根据设计要求综合各方面的因素，可采用AT89S52单片机作为主控器，用模拟SPI驱动诺基亚5110液晶显示屏，实时显示数据，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，同时，我们通过串口发送AT指令控制GSM模块实现了短信报警。超声波测距器的系统框图如下：

方案二

本设计的整体框图如下图一所示，主要由超声波发射，超声波接受与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。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S=CT/2，式中的C为超声波波速。在常温下，空气中的声速约为340m/s.由于超声波也是一种声波，其传播速度C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。因本系统测距精度要求很高，所以通过对温

度的检测对超声波的传播速度加以校正。超声波传播速度确定后，只要测的超声波往返的时间，如图下图二波形所示。即可求得距离。这就是超声波测距系统的基本原理。

图一

图二

1.3方案选择

比较方案一与方案二，两者有很多相似之处，两个设计都运用到了单片机，用到了同一类型的传感器。运用了LCD显示。但综合分析：方案一，软件的编写方面比较容易理解、实现。而方案二的软件部分与方案一比较，就略显麻烦，而且对外围还需要一些辅助电路，增加了温度补偿电路，程序编写复杂。综合分析之下，本设计采用方案一，另外GSM手机现在已经很普及，而且GSM短信廉价，实现简单，实现超远距离报警。

2、单元模块设计

2.1各单元模块功能介绍及电路设计

2.1.1单片机系统设计

详见原理图附录一

2.1.2超声波测距模块

此系统我们采用了HC-SR04超声波测距模块，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm；模块包括超声波发射器和接收器与控制电路。

其工作原理：