基于单片机的超声波测距仪
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告【文章标题】基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告【引言】超声波测距是一种常见且有效的测量方法，被广泛应用于工业控制、自动化、智能家居等领域。
本文将深入讨论基于STM32单片机的超声波测距仪的设计原理、硬件搭建和软件编程，并分享对该设计的观点和理解。
【简介】1. 超声波测距原理简介（可使用子标题，如1.1）- 超声波的特性与应用- 超声波传感器原理及工作方式2. 设计方案（可使用子标题，如2.1）- 系统框图：硬件模块与连接方式- 所需材料清单及器件参数选择【正文】1. 超声波传感器的选型与特性比较（可使用子标题，如1.1）1.1 超声波传感器的种类与特点1.2 STM32单片机与超声波传感器的配合选择理由与原则2. 硬件电路设计与搭建（可使用子标题，如2.1）2.1 超声波发射电路设计与实现2.2 超声波接收电路设计与实现2.3 STM32单片机与超声波传感器的连接方法及引脚映射3. 软件编程实现（可使用子标题，如3.1）3.1 STM32单片机开发环境配置与准备3.2 程序框架和流程设计3.3 超声波信号处理与距离计算算法【总结】1. 设计成果总结与优缺点评价- 设计成果与功能实现总结- 设计过程中的挑战与解决方案- 设计的优点与改进空间2. 对基于STM32单片机的超声波测距仪设计的观点和理解- 本设计在硬件搭建和软件编程方面充分利用了STM32单片机的性能与功能- 超声波测距仪在工业自动化和智能家居等领域具有广阔应用前景 - 未来可以进一步提升设计的灵活性和可扩展性【参考资料】- 张三: 《超声波测距原理与应用技术》，出版社，2018年- 李四: 《STM32单片机与嵌入式系统设计》，出版社，2019年以上是本文基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告，对这个主题的观点和理解。
希望这篇文章内容全面、深入，并能帮助您对超声波测距仪设计有更深刻的理解。
基于单片机的超声波测距仪设计与实现
企业组织结构类型１、直线制直线制是一种最早也是最简单的组织形式。
其特点是企业各级行政单位从上到下实行垂直领导，下属部门只接受一个上级的指令，各级主管负责人对所属单位的一切问题负责。
厂部不另设职能机构（可设职能人员协助主管人工作），一切管理职能基本上都由行政主管自己执行。
直线制组织结构的优点是：结构比较简单，责任分明，命令统一。
２、职能制职能制组织结构，是各级行政单位除主管负责人外，还相应地设立一些职能机构。
如在厂长下面设立职能机构和人员，协助厂长从事职能管理工作。
这种结构要求行政主管把相应的管理职责和权力交给相关的职能机构，各职能机构就有权在自己业务范围内向下级行政单位发号施令。
因此，下级行政负责人除了接受上级行政主管人指挥外，还必须接受上级各职能机构的领导。
３、直线—职能制直线－职能制，也叫生产区域制，或直线参谋制。
它是在直线制和职能制的基础上，取长补短，吸取这两种形式的优点而建立起来的。
４、事业部制事业部制最早是由美国通用汽车公司总裁斯隆于1924年提出的，故有“斯隆模型”之称，也叫“联邦分权化”，是一种高度（层）集权下的分权管理体制。
它适用于规模庞大，品种繁多，技术复杂的大型企业，是国外较大的联合公司所采用的一种组织形式，近几年中国一些大型企业集团或公司也引进了这种组织结构形式。
５、模拟分权制这是一种介于直线职能制和事业部制之间的结构形式。
许多大型企业，如连续生产的钢铁、化工企业由于产品品种或生产工艺过程所限，难以分解成几个独立的事业部。
又由于企业的规模庞大，以致高层管理者感到采用其他组织形态都不容易管理，这时就出现了模拟分权组织结构形式。
６、矩阵制在组织结构上，把既有按职能划分的垂直领导系统，又有按产品（项目）划分的横向领导关系的结构，称为矩阵组织结构。
基于单片机的超声波测距仪的设计
基于单片机的超声波测距仪的设计超声波测距仪是一种常见的测量距离的仪器，它使用超声波的反射原理来测量被测物体与测距仪之间的距离。
基于单片机的超声波测距仪可以实现更精确、更灵活的测距功能。
本文将详细介绍基于单片机的超声波测距仪的设计。
首先，我们需要选择合适的硬件平台。
单片机作为核心芯片，可以选择AT89C51或者STM32等。
超声波传感器可以选择HC-SR04或者JSN-SR04T等。
此外，我们还需要一块LCD显示屏用于显示测距结果，以及一些电路连接线等。
接下来，我们需要设计电路部分。
首先，将超声波传感器的VCC引脚连接到单片机的5V引脚，将GND引脚连接到单片机的GND引脚。
然后，将超声波传感器的Trig引脚连接到单片机的一些IO口，将Echo引脚连接到单片机的另一个IO口。
最后，将LCD的引脚连接到单片机的相应IO 口，至此电路部分完成。
接下来，我们需要编写相应的软件程序。
首先，我们需要初始化单片机的IO口，将Trig引脚设置为输出模式，Echo引脚设置为输入模式。
然后，我们需要设置中断，以便能够检测到Echo引脚电平的变化。
当超声波传感器发出一次超声波后，Echo引脚将会有一次脉冲输出，该脉冲的宽度与被测物体与测距仪之间的距离成正比。
我们可以通过测量脉冲的宽度来计算出距离。
在进行测距之前，我们需要先发出一段超声波。
通过设置Trig引脚为高电平，持续10us，然后将其设为低电平，即可发出一段超声波。
接下来，我们需要在中断服务函数中记录下Echo引脚电平变化的时间，即可以得到Echo引脚电平变化的时间间隔。
根据声速的传播速度，我们可以将时间间隔转换为距离。
最后，我们将测量到的距离结果显示在LCD屏幕上。
通过调用LCD驱动程序中的相应函数，我们可以将距离结果以字符串的形式显示在LCD屏幕上。
综上所述，基于单片机的超声波测距仪的设计包括硬件电路的设计和软件程序的编写。
硬件电路主要包括超声波传感器、单片机、LCD显示屏等的连接，软件程序则主要包括初始化IO口、设置中断、发出超声波、测量脉冲宽度、计算距离和显示结果等的功能。
基于单片机的超声波测距仪设计
研究方向：机电一体化、嵌入式开发； 程鹏（1964—），男，辽宁沈阳人 , 本科，工程师，研
究方向：机电一体化、电路开发与设计。 （收稿日期：2021-05-07 修回日期：2021-05-29）
( 上接第 175 页）
块之间采用 TCP/IP 协议进行通信，并从网关需求分析出发， 对每个模块进行分层设计，并针对 Modbus 设备控制模块进行 设计，对系统进行功能测试，满足设计要求。
3 软件工作流程
为了完成对超声波测距仪的测试，依据硬件总体设计， 制定了主程序工作流程和超声波测距工作流程，见图 2 和图 3 所示。
图 3 超声波测距工作流程图
4 测试结果及分析
将硬件电路依据设计电路图焊好，利用仿真软件将程序 下载和调试，然后对系统进行整体测试的测量数据误差如表 1 所示。校准硬件电路后，多次测量距离为 10 ～ 240 cm 内的 平面物体，测试结果显示实际距离与数据测量值差值最大为 3 cm，最小解析度为 1 cm，测距盲区小于 15 cm，具有良好的 重复性。进一步，我们对测试误差进行了分析，发现测试误 差产生的原因主要有两个，一是当地的声速。由于超声波的 传播速度与媒介的温度、密度和成分比例等因素有关，当地 声速的存在会影响超声波的测距精度，因此，当地声速的准 确获取有助于提高超声波测量精度。二是超声波在空气介质 的传播存在明显的衰减。频率的增加有助于改善超声波的指 向性，但是超声波的衰减速度将会随着频率的增加而加快， 因此必须对接收的信号进行充分的放大处理，才能正确地根 据捕获到的第一个回波来计算接收时间，否则会对超声波测 量精度造成影响。
1 超声波测距工作机理
超声波具有指向性强、耗能低、传输路径长等优势。通 常将超声波信号转为其他信号的传感器称为超声波传感器。 超声波在穿过各种介质时的穿透效果较强，当超声波触碰到 外界异物和分界时会反射回波，而触碰到移动物体时，则引 起多普勒波动效应。声波幅值法、相位法以及往返时间法等 都是超声波测距的主要检测方法，其工作机理是超声波传感
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告
基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告1. 引言超声波测距仪（Ultrasonic Distance Sensor）是一种常用的测距设备，通过发送超声波脉冲并接收其反射信号来测量目标与测距仪之间的距离。
本报告将详细介绍基于stm32单片机的超声波测距仪的设计过程。
2. 设计原理超声波测距仪的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度和反射特性来计算目标物体与测距仪之间的距离。
其中，stm32单片机作为测距仪的控制核心，通过发射超声波脉冲并测量接收到的回波时间来计算距离。
2.1 超声波传播速度超声波在空气中的传播速度约为340m/s，可以通过测量超声波往返的时间来计算出距离。
2.2 超声波反射信号当超声波遇到障碍物时，会产生反射信号，测距仪接收到这些反射信号并测量其时间差，再通过计算即可得到距离。
3. 硬件设计本设计使用stm32单片机作为核心控制器，并搭配超声波发射器和接收器模块。
3.1 超声波发射器超声波发射器负责产生超声波脉冲，并将脉冲信号发送到待测物体。
3.2 超声波接收器超声波接收器负责接收从物体反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
3.3 stm32单片机stm32单片机作为测距仪的核心控制器，负责发射超声波脉冲、接收反射信号并计算距离。
4. 软件设计本设计涉及的软件设计包括超声波信号发射、接收信号处理和距离计算等。
4.1 超声波信号发射使用stm32单片机的GPIO口控制超声波发射模块，产生一定频率和周期的脉冲信号。
4.2 接收信号处理通过stm32单片机的ADC模块，将超声波接收器接收到的模拟信号转换为数字信号，并对信号进行处理和滤波。
4.3 距离计算根据接收到的超声波反射信号的时间差，结合超声波的传播速度，使用合适的算法计算出距离。
5. 实验结果与分析经过实际测试，基于stm32单片机的超声波测距仪达到了预期的效果。
能够精确测量目标与测距仪之间的距离，并显示在相关的显示设备上。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计超声波测距仪是一种利用超声波测量距离的装置，具有测量速度快、精度高、非接触等特点，在机器人导航、自动控制、无损检测等领域得到了广泛的应用。
随着单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波测距仪设计成为了可能，具有体积小、成本低、易于集成等优点。
本文将介绍一种基于单片机的超声波测距仪的设计与实现方法。
超声波测距仪的工作原理是利用超声波的传输特性来实现距离的测量。
超声波发射器发出超声波，超声波在空气中传播，遇到障碍物或被测物体后反射回来，被超声波接收器接收。
根据超声波的传播速度和传播时间，可以计算出超声波发射器与被测物体之间的距离。
一般来说，超声波的传播速度为340m/s，因此，距离计算公式为：距离 =传播速度×时间 / 2。
本设计选用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，该单片机具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，满足系统的要求。
超声波测距仪的硬件部分包括超声波发射器、超声波接收器、单片机控制器和显示模块。
具体设计方案如下：（1）超声波发射器：采用HC-SR04模块，该模块集成了超声波发射器和接收器，输出脉冲宽度为5ms，驱动电压为5V。
（2）超声波接收器：同样采用HC-SR04模块，接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号输出。
（3）单片机控制器：选用STM32F103C8T6单片机，接收超声波接收器输出的电信号，通过计算得到距离值，并将其输出到显示模块。
（4）显示模块：采用液晶显示屏，用于显示测量得到的距离值。
（1）初始化模块：对单片机、HC-SR04模块和液晶显示屏进行初始化。
（2）超声波发射模块：通过单片机控制HC-SR04模块发射超声波，并开始计时。
（3）超声波接收模块：接收反射回来的超声波信号，并输出到单片机。
（4）距离计算模块：根据超声波的传播速度和传播时间，计算出超声波发射器与被测物体之间的距离，并将其存储在单片机的存储器中。
（5）显示模块：将计算得到的距离值输出到液晶显示屏上。
基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计引言超声波测距技术是一种常用的非接触式测距方法，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、智能家居等领域。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计原理和实现方法，以及其在实际应用中的优势和局限性。
一、设计原理基于单片机的超声波测距系统主要由超声波发射器、接收器、单片机和显示装置组成。
其工作原理如下：1.1 超声波发射器发射超声波信号，信号经过空气传播后，被目标物体反射返回。
1.2 超声波接收器接收到反射的超声波信号，并将信号转化为电信号。
1.3 单片机通过IO口控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式，实现信号的发射和接收。
1.4 单片机通过计算超声波信号的往返时间，即可得到目标物体与传感器之间的距离。
1.5 显示装置将测得的距离信息显示出来，供用户参考和使用。
二、系统设计与实现2.1 硬件设计超声波发射器和接收器的选型是系统设计的关键。
通常情况下，超声波发射器和接收器的工作频率应匹配，常用的频率有40kHz和50kHz。
此外，还需选择合适的单片机和显示装置。
2.2 软件设计软件设计主要包括超声波信号的发射和接收控制以及距离计算等功能。
通过编程，可以实现以下功能：2.2.1 控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式。
2.2.2 通过IO口读取接收器接收到的信号，并将其转化为数字信号。
2.2.3 使用定时器测量超声波信号的往返时间。
2.2.4 根据往返时间计算目标物体与传感器之间的距离。
2.2.5 将测得的距离信息显示在显示装置上。
三、系统优势基于单片机的超声波测距系统具有以下优势：3.1 非接触式测距：超声波测距系统可以实现对目标物体的非接触式测距，无需直接接触目标物体，避免了传感器与目标物体之间的摩擦和磨损。
3.2 高精度：超声波测距系统通过测量超声波信号的往返时间，可以实现较高的测距精度，通常可达到毫米级别。
3.3 快速响应：超声波测距系统的测量速度快，响应时间短，适用于需要快速测量的应用场景。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计设计一个基于单片机的超声波测距仪的基本原理是利用超声波在空气中的传播速度固定的特性来测量距离。
当超声波发射器发送一个特定频率的信号波到目标物体，目标物体会反射回来，然后由接收器接收到反射信号。
通过计算信号经过的时间差，并结合超声波在空气中的传播速度，可以精确计算出距离。
这个基于单片机的超声波测距仪的设计可以分为以下几个部分：1.超声波发射器和接收器：这两个部分负责发射和接收超声波信号。
通常使用压电晶体作为超声波传感器，压电晶体能够将电能转化为声能，并将声能转化为电能。
发射器会以一定的频率产生电信号，压电晶体将电信号转化为超声波信号发射出去。
当接收器收到反射信号时，压电晶体将超声波信号转化为电信号。
2.单片机：单片机作为主控制器，连接超声波发射器和接收器，并负责控制测距过程。
单片机会发出触发信号，触发发射器发送超声波信号，并计时，当接收到反射信号后，停止计时。
然后，单片机会根据计时结果和超声波在空气中传播速度进行距离计算。
3.显示模块：为了方便用户查看测量结果，可以连接一个显示模块，例如LCD屏幕。
单片机会将距离计算结果发送到显示模块，并在屏幕上显示出来。
4.电源模块：这个模块负责为整个测距仪提供电源。
可以使用电池、直流电源或者通过交流电转换得到合适的电压。
设计上要考虑以下几个要点：1.界面设计：设计一个用户友好的界面使用户可以方便地与设备交互。
可以使用按钮或者触摸屏幕来触发测距操作。
2.外围电路设计：需要设计一个适当的外围电路来滤除噪音干扰，并确保超声波信号的传递质量。
3.算法设计：为了提高测量的精度，需要考虑多次测量和数据处理算法的设计。
可以通过多次测量去除异常值，并采用滤波算法来平滑测量结果。
4.安全设计：为了确保使用过程的安全，需要加入一些保护措施。
例如，当测量距离超过设定范围时，可以发出警告信号。
总结：基于单片机的超声波测距仪设计需要考虑硬件、软件、算法等多方面的因素。
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2020年4月3日
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
⑴ 测量范围：0.02m-4m。 ⑵ 测量精度：1cm。 ⑶ 1602液晶显示测量结果。 ⑷ 可设置报警值，报警值可以断电保存。 ⑸ 当小于报警值时，蜂鸣器鸣叫。
设置两个报警值参数，使其可以在 测量范围内得到有效测量；加入温 度补偿电路。
2020/4/3
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
2020/4/3
D E 灯 D L 3 K 1E R1 C D DR C CD V E CN VG L 456 SW1 123 源 电 BEEP1 0 5 5 1 8 DC 器 QS NC GV 鸣 1 蜂JDC5.5 R E Z Z U B D N G 3 0 1 2 D R N DDC G NNC C GGV C V 波 D N G 4 01234567 SWN 00000000 Echo 声 PPPPPPPPRRE 3ECHO Trig 0123456 2TRIG 1234567891111111 VCC 超 1 C S01234567 AK CON C W RDDDDDDDD 2 CVE V VSSR 0 V 6 1 LCD1602 HC-SR04 1 D C L1602液晶 2 U 3 0 1 C C 123456789 1 V R R E OZ HZD 01234567 CUE 00000000 C PPPPPPPPETRIGBL C V 12345678901234567890 22222222233333333334 0123456776543210 A EC 2222222200000000 E LC PPPPPPPPPPPPPPPP AV PSEN 统 123 系 KKK 小 STC89C52 21 LL AAD 1123 01234567 TTN 11111111 UKKK最 PPPPPPPPRESETP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36/WRP37/RDXXG 键 123456789 01234567890 11111111112 按 123SWN D KKKRRE N G D N 3 F G C p 0 D 3 N G M 1 2 F 1 X u 1 0 K 4 C1 0 R1 DC NC F GV p 2 0 C3
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
程序总体流程图
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
实际测量图
2020/4/3
实验数据记录
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
2020/4/3
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
2020/4/3
测量精度有限。该测距仪测量精度 为1cm，这就难免会造成误差。
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
论文结构和主要内容
01 研究背景、现状及发展趋势 02 系统软硬件设计
03 数据记录与分析 04 总结和展望
2020年4月3日
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
研究背景、现状及发展趋势
研究背景：
传统测距方法VS超声波测距方法
研究现状及发展趋势：
2020年4月3日
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
HC-SR04超 声波传感器
按键模块
电源模块
单片机最 小系统
液晶模块 蜂鸣器模块
LED模块
2020年4月3日
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设 报警电路 按键输入电路 超声波模块电路 1602液晶显示电路
超声波模块自身尺寸带来的影响。
周围环境温度的影响。温度大小 会影响到超声波传播速度。 测量过程中，超声波模块产生倾 斜，与目标物所在平面不平行。
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
合肥师范学院2016届本科毕业论文（设计）答辩
总结与展望
通过设计提高了对单片机的认识，掌 握了单片机外围扩展电路设计。在实 际程序设计和调试中，逐步掌握模块 化程序设计方法和调试技术，最终设 计得以完成，达到了预期效果。