基于单片机的超声波测距报警系统毕业设计
基于单片机的超声波测距系统的毕业设计
如此广泛的应用使得提高人们对机器人的了解显得尤为重要。机器人通过其感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉,测量精度较高,不受环境的限制,应用方便，将它与红外、灰度传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。本课题的研究是非常有实用和有商业价值的。
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，如图2-1所示。超声波在空气中的传播速度为v，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：
（2-1）
图2-1超声波测距原理图
这就是所谓的时间差测距法[7]，由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有的得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。
基于单片机的超声测距系统设计-毕业设计
基于单片机的超声测距系统设计摘要超声波测距法迅速，方便，计算简单，易于做到实时控制，提过基于单片机的超声测距系统的设计能更加深入地了解单片机的实际应用。
本课题完成整个超声波测距系统设计，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，LCD显示电路和温度补偿电路。
本课题硬件部分设计采用最小系统板和所需的超声波收发电路。
程序由计算机仿真并烧入单片机实际调试，最终实物是一个能在5至200cm范围内准确测量距离的便携式系统，经实际测量误差控制在5%以内。
该系统的设计过程加深了对单片机的理解。
本设计的产品也能在实际生活中有很广泛的应用。
关键词：超声波，测距，补偿，模块DESIGN OF ULTRASONIC RANGINGBASED ON SINGLECHIPABSTRACTUltrasonic ranging is so quick and useful,it can be easy to translationed and be controled on time.We can learn much about singlechip during the design of Ultrasonic ranging base on singlechip.The system is made up by singlechip part,send and receive part,LCD part and temperature detective part.With the helping of smallest system and computer,the product which can detective the distance from 5cm to 200cm comes out.The error is only 0.5%. The system can help you take a good learning about singlechip.On the other hand,the system can be used in many environment by its practicality.Key Words: Ultrasonic,Ranging, temperature detective目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 .................................................................................................................................................. I II 第1章绪论 (1)1.1课题的背景和意义 (1)1.1.1 课题的背景 (1)1.1.2 课题的意义 (1)1.2超声波测距的发展现状趋势 (2)1.3本课题任务 (2)第2章单片机 (3)2.1单片机原理及应用 (3)2.1.1 单片机原理 (3)2.1.2 单片机的应用 (3)2.2单片机发展前景 (4)2.3单片机程序编译环境 (5)2.3.1 KEIL C51 (5)2.3.2 uVision2集成开发环境 (5)2.3.3 编辑器和调试器 (6)2.3.4 C51编译器 (6)2.3.5 部分代码优化 (7)2.3.6 RTX51实时核模块 (8)2.3.7 测试程序 (8)2.3.8 C51 V7版增强功能介绍 (9)第3章超声波测距原理 (10)3.1超声波原理及应用 (10)3.1.1 超声波原理 (10)3.1.2 超声波应用 (10)3.2超声波测距原理 (11)第4章测距系统构成与误差分析 (13)4.1单片机控制器 (13)4.2传感器 (13)4.2.1 超声波传感器原理与选型 (13)4.2.2 温度传感器选型 (14)4.3LCD显示屏 (15)4.4系统误差 (15)4.4.1 系统误差分析 (15)4.4.2 系统误差补偿 (16)第5章系统设计 (17)5.1系统框图 (17)5.2硬件 (17)5.2.1 发射电路 (17)5.2.2 接收电路 (18)5.3程序流程图 (20)5.4系统实物图 (21)5.5测试及数据分析 (21)第6章总结 (25)参考文献 (26)附录1部分程序 (28)致谢 (39)第1章绪论1.1课题的背景和意义1.1.1课题的背景随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。
基于单片机的超声波测距(毕业设计任务书)
注：1.课题类型：工程设计、技术开发、软件工程、理论研究和方法应用、管理模式设计等2.课题来源：教学、科研、生产、实验、假拟、其他毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：指导教师签名：日期：日期：注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计
基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计超声波测距系统是一种常见的非接触式测距技术，通过发送超声波信号并测量信号的回波时间来计算距离。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距系统的毕业设计。
首先，我们需要明确设计的目标。
本设计旨在通过51单片机实现一个精确、稳定的超声波测距系统。
具体而言，我们需要实现以下功能：1.发送超声波信号：通过51单片机的IO口控制超声波发射器，发送一定频率和波形的超声波信号。
2.接收回波信号：通过51单片机的IO口连接超声波接收器，接收并放大返回的超声波信号。
3.信号处理：根据回波信号的时间延迟计算出距离，并在显示器上显示出来。
4.稳定性和精确性：设计系统时需考虑测量过程中误差的影响，并通过合适的算法和校准方法提高系统的稳定性和精确性。
接下来，我们需要选择合适的硬件和软件配合51单片机实现上述功能。
硬件方面：1.51单片机：选择一款性能稳定、易于编程的51单片机，如STC89C522.超声波模块：选择一款合适的超声波传感器模块，常见的有HC-SR04、JSN-SR04T等。
模块一般包括发射器和接收器，具有较好的测距性能。
3.显示设备：选择合适的显示设备，如7段LED数码管或LCD显示屏，用于显示测距结果。
软件方面：1.C语言编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波测距系统的各项功能。
2.串口通信：通过串口与上位机进行通信，可以对系统进行监控和远程控制。
3.算法设计：选择合适的算法计算超声波回波时间延迟，并根据时间延迟计算距离值。
在设计过程中，我们需要进行以下步骤：1.硬件连接：按照超声波模块的说明书，将模块的发射器和接收器通过杜邦线与51单片机的IO口连接。
2.软件编程：使用C语言编写51单片机的程序，实现超声波模块的控制、信号接收和处理、距离计算等功能。
3.系统测试：进行系统的功能测试和性能测试，验证系统的可靠性和准确性，同时调试系统中出现的问题。
4.系统优化：根据测试结果，对系统进行优化，提高系统的稳定性和精确性。
(完整版)基于单片机的超声波测距仪毕业设计
目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外研究动态 (3)1.3 论文主要内容 (4)第2章系统的总体设计 (5)2.1 设计方案 (5)2.2 系统的硬件选型 (5)2.2.1 单片机选型 (5)2.2.2 超声波传感器选型 (6)2.2.3 超声波接收芯片选型 (6)2.2.4 显示器选型 (7)第3章系统的硬件设计 (8)3.1 基本系统构成 (8)3.1.1 系统电源电路 (9)3.1.2 超声波发射电路 (9)3.1.3 超声波接收电路 (10)3.1.4 晶振电路 (11)3.1.5 复位电路 (11)3.1.6 显示电路 (12)3.1.7 报警电路 (13)3.2 电路原理图 (13)3.3 PCB图 (14)第4章系统的软件设计 (15)4.1 软件keil的简介 (15)4.2 主程序流程 (16)4.3 超声波收发模块程序设计 (16)4.3.1 超声波收发中断子程序 (17)4.3.2 距离测算子程序 (19)4.4 显示模块程序设计 (20)4.4.1 初始化程序 (22)4.4.2 显示程序 (22)4.4.3 延时程序 (23)4.5 现场实测距离显示 (25)第5章结论 (26)5.1 总结 (26)5.2 系统实物图形 (27)5.3 展望 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)摘要本文阐述了基于51单片机的超声波测距仪的设计过程和运行结果。
AT89C51单片机控制定时器产生方波脉冲，同时计时器T1开始计时。
发出的超声波在空气中传播，而后遇到障碍物体的表面时超声波折返，超声波接收模块接收返回的超声波信号并且把超声波信号转化为电信号。
计时器记录超声波往返所用的时间，从而由51单片机计算得到实测距离。
再使用四位数码管显示距离。
硬件电路由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、四位数码管显示电路、电铃报警电路、12MHz晶振电路等组成。
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计一、引言超声波测距技术是一种常见的非接触式测距技术，具有测距范围广、精度高等优点。
在日常生活中，超声波测距技术被广泛应用于车辆倒车雷达、智能家居中的人体感应等领域。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距报警系统的课程设计。
二、设计思路本课程设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。
硬件部分主要包括超声波模块、LCD显示屏、蜂鸣器等模块的连接和电路设计；软件部分主要包括51单片机程序设计及LCD显示程序编写。
三、硬件设计1. 超声波模块连接超声波模块是实现测距功能的核心部件。
在本课程设计中，我们采用HC-SR04型号的超声波模块。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VCC引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将GND引脚连接到51单片机上的GND；- 将Trig引脚连接到P2.0口；- 将Echo引脚连接到P2.1口。
2. LCD显示屏连接LCD显示屏用于显示测距结果和报警信息。
在本课程设计中，我们采用1602型号的LCD显示屏。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VSS引脚连接到51单片机上的GND；- 将VDD引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将VO引脚连接到一个10K电位器，再将电位器两端分别接到GND 和5V电源；- 将RS引脚连接到P1.0口；- 将RW引脚连接到P1.1口；- 将EN引脚连接到P1.2口；- 将D4-D7引脚分别连接到P0口的高四位。
3. 蜂鸣器连接蜂鸣器用于报警。
在本课程设计中，我们采用被动式蜂鸣器。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将正极引脚（一般为长针）连接到51单片机上的P3.7口；- 将负极引脚（一般为短针）连接到51单片机上的GND。
四、软件设计1. 51单片机程序设计在本课程设计中，我们采用Keil C51作为编程工具，使用C语言编写程序。
主要程序流程如下：- 定义超声波模块的Trig和Echo引脚；- 定义LCD显示屏的RS、RW、EN和D4-D7引脚；- 定义蜂鸣器的引脚；- 定义变量存储测距结果和报警状态；- 初始化LCD显示屏、超声波模块等模块；- 循环执行以下操作：- 发送超声波信号并计算回波时间，从而得到距离值；- 根据距离值判断是否需要报警，并控制蜂鸣器发出报警声音；- 将测距结果和报警状态显示在LCD显示屏上。
(完整版)基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业设计
基于单片机的超声波测距仪的设计与实现中文摘要本设计基于单片机AT89C52，利用超声波传感器HC-SR04、LCD显示屏及蜂鸣器等元件共同实现了带温度补偿功能可报警的超声波测距仪。
我们以AT89C52作为主控芯片，通过计算超声波往返时间从而测量与前方障碍物的距离，并在LCD显示。
单片机控制超声波的发射。
然后单片机进行处理运算，把测量距离与设定的报警距离值进行比较判断，当测量距离小于设定值时，AT89C52发出指令控制蜂鸣器报警，并且AT89C52控制各部件刷新各测量值。
在不同温度下，超声波的传播速度是有差别的，所以我们通过DS18B20测温单元进行温度补偿，减小因温度变化引起的测量误差，提高测量精度。
超声波测距仪可以实现4m以内的精确测距，经验证误差小于3mm。
关键词：超声波；测距仪；AT89C52；DS18B20；报警Design and Realization of ultrasonic range finder basedABSTRACTThe design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HC-SR04 ultrasonic sensor alarm system complete ranging production. WeAT89C52 as the main chip, by calculating the round-trip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are compared to judge distance, when measured distance is less than the set value,AT89C52 issue commands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature compensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm.Keywords:Ultrasonic；Location；AT89C52;DS18B20;Alarm目录第一章前言..............................................................................................................................................1.1 课题背景及意义.......................................................................................................................1.1.1超声波特性.......................................................................................................................1.1.2超声波测距.......................................................................................................................1.2 超声波模块基本介绍.................................................................................................................1.2.1 超声波的电器特性........................................................................................................1.2.2 超声波的工作原理........................................................................................................1．3主要研究内容和关键问题.......................................................................................................第二章方案总体设计..............................................................................................................................2.1 超声波测距仪功能.....................................................................................................................2.2设计要求......................................................................................................................................2.3系统基本方案..............................................................................................................................2.3.1方案比较...........................................................................................................................2.3.2方案汇总...........................................................................................................................第三章系统硬件设计..............................................................................................................................3.1 单片机最小系统.........................................................................................................................3.2 超声波测距模块........................................................................................................................3.3 显示模块.................................................................3.4温度补偿电路 .............................................................3.5 蜂鸣报警电路............................................................................................................................第四章系统软件设计..............................................................................................................................4.1 AT89C52程序流程图 .................................................................................................................4.2 计算距离程序流程图.................................................................................................................4.3 报警电路程序流程图.................................................................................................................4.4 超声波回波接收程序流程图.....................................................................................................第五章系统的调试与测试....................................................................................................................5.1 安装.............................................................................................................................................5.2 系统的调试.................................................................................................................................第六章总结..............................................................................................................................................参考文献....................................................................................................................................................致谢........................................................................................................................... 错误！未定义书附录............................................................................................................................................................附录1 整机电路原理图...................................................................................................................附录2 超声波温度和速度的关系...................................................................................................附录3 部分源程序...........................................................................................................................第一章前言1.1 课题背景及意义1.1.1超声波特性众所周知，振动产生声波。
基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文
基于单片机的超声波测距系统的设计与实现毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景和意义 (1)1.2 国外研究现状 (1)1.3 课题研究容和意义 (2)第二章超声波测距的原理 (5)2.1 超声波介绍 (5)2.2 超声波传感器的介绍 (5)2.2.1 传感器的选择 (6)2.2.2 超声波测距的原理 (7)2.2.3 温度补偿 (8)2.2.4 测量盲区 (9)2.3 本章小结 (10)第三章系统硬件设计 (10)3.1 系统硬件设计 (10)3.2 单片机概述 (11)3.2.1 STC89C51主要性能特点 (12)3.2.2 STC89C51结构组成 (13)3.2.3 STC89C51部组成 (14)3.3 超声波发射电路设计 (15)3.3.1 发射电路设计方案 (16)3.3.2 超声波发射器的注意事项 (17)3.4 超声波接收电路设计 (18)3.5 LCD显示部分 (19)3.6 报警部分 (21)3.7 DS18B20部分 (22)3.8 本章小结 (23)第四章系统软件设计 (23)4.1 系统软件设计 (23)4.2 外部中断子程序 (26)4.3 定时器中断子程序 (27)4.4 重要功能实现 (28)4.4.1 实现温度读取功能 (28)4.4.2 实现温度转换声速 (29)4.4.3 实现距离计算 (29)4.5 实验测量数据 (30)4.6 本章小结 (30)结论 (31)参考文献 (32)谢辞 (33)附录一（实物图） (34)附录二（Proteus仿真图） (36)第一章绪论1.1 研究的背景和意义随着科技的发展，超声波已经可以对实物做出精确测量。
伴随着社会经济的蓬勃发展，电子测量技术也逐渐被应用到各个领域，而超声波测距技术因拥有测量精确度高、成本消耗低、性能稳定度高等优点则成为其中的佼佼者。
频率在20KHz以上的声波是超声波。
也正是因为这些特性超声波才会被应用到测量距离中。
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基于单片机的超声波测距报警系统毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
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学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
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作者签名：指导教师签名：日期：日期：注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它目录摘要 (1)1 绪论 (2)1.1 项目研究背景及意义 (2)2 总体设计方案及论证 (2)2.1 总体方案设计 (2)3 硬件实现及单元电路设计 (3)3.1 主控制模块 (3)3.2 电源设计 (4)3.3 超声波测试模块 (4)3.3.1 超声波的特性 (5)3.3.2 超声波换能器 (7)3.4 超声波传感器原理 (8)3.5 测距分析 (12)3.6 时钟电路的设计 (13)3.7 复位电路的设计 (13)3.8 声音报警电路的设计 (14)3.9 显示模块 (14)4 软件设计 (15)4.1 主程序工作流程图 (15)5 总结 (18)6 参考文献 (18)附录 (19)附件1：原理图 (19)附件2：程序 (19)附件3：元件清单 (30)摘要STC89C52是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。
本次设计主要是利用STC89C52单片机、超声波传感器完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警。
关键词：超声波传感器 STC89C521 绪论1.1 项目研究背景及意义由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。
因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。
可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。
因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。
因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。
同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
2 总体设计方案及论证2.1 总体方案设计本设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。
电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。
就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。
单片机应用系统也是有硬件和软件组成。
硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
系统采用STC89C52单片机作为核心控制单元,当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理。
然后控制蜂鸣器报警。
系统总体的设计方框图如图1所示。
图1 系统方框图3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块主控制最小系统电路如图2所示。
图2 最小系统硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电源超声波传感器模块STC89C52主控制器模块按键控制电路。
其中D1为电源工作指示灯。
电路中用到3个按键，一个是设定键, 一个加键，一个减键。
图3 总设计电路图3.2 电源设计电源部分的设计采用3节5号干电池4.5V供电。
3.3 超声波测试模块超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。
模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
实物如下图4。
其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
图4 超声波模块实物图超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给Trig口至少10us 的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2，单位为m。
程序中测试功能主要由两个函数完成。
实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE））/ 1000其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。
3.3.1 超声波的特性声音是与人类生活紧密相关的一种自然现象。
当声的频率高到超过人耳听觉的频率极限(根据大量实验数据统计，取整数为20000赫兹)时，人们就会觉察不出周围声的存在，因而称这种高频率的声为“超”声。
人的听觉范围如图5所示。
图5 人的听觉范围超声波的特性有：（1）束射特性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，也能聚焦，而且遵守几何光学上的所有定律。
即超声波射线从一种物质表面反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射现象，也就是要改变它的传播方向，两种物质的密度差别愈大，则折射率也愈大。
（2）吸收特性声波在各种介质中传播时，随着传播距离的增加，其强度会逐渐减弱，这是因为介质要吸收掉它的部分能量。
对于同一介质，声波的频率越高，介质吸收就越强。
对于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收尤为历害，在液体中传播时吸收就比较弱，在固体中传播时吸收是最小的。
（3）超声波的能量传递特性超声波之所以能在各个工业部门中得到广泛的应用，主要原因还在于比声波具有强大得多的功率。
为什么有这么强大的功率呢?因为当声波进入某一介质中时，由于声波的作用使物质中的分子也随之振动，振动的频率和声波频率—样，分子振动的频率决定了分子振动的速度。
频率愈高速度愈大。
物资分子由于振动所获得的能量除了与分子本身的质量有关外，主要是由分子的振动速度的平方决定的,所以如果声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量。
超声波的频率比普通声波要高出很多，所以它可以使物质分子获得很大的能量；换句话来说，超声波本身就可以供给物质分子足够大的功率。
（4）超声波的声压特性当声波进入某物体时,由于声波振动使物质分子相互之间产生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变化。
由于声波振动引起附加压力现象叫声压作用。
3.3.2 超声波换能器完成产生超声波和接收超声波这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声波探头。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多用作探测方面。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
由于晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能都是不同的，我们使用前必须预先了解清楚该探头的性能参数。
超声波传感器的主要性能指标包括：（1）工作频率。
工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。
由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高。
人类能听到的声音频率范围为：20Hz～20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下频率的声音称为低频声波，20kHz以上频率的声音称为超声波。
超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。
为此，利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。
另外，超声波在空气中的传播速度较慢，为340m／s，这就使得超声波传感器使用变得非常简便。