超声波测距

• 2.2基于AT89C51单片机的超声波测距仪
双向超声波测距仪的系统主要有几下部分组成： LED显示模块， AT89C51芯片，超声波发射模块，超声波接收模块，电源模块等五大模块 组成。 优点：双向测距，精度高，功耗低。 在电路中我们采用PIC芯片它的优点是：精简指令使其执行效率大为 提高；彻底的保密性； 其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可 直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方 便。 基于上述两种方案的比较，方案一，测量盲区较长，结构复杂且稳 定性不高。方案二，能进行双向测距，精度高，功耗低，模块简单，稳 定性高。所以选用方案二。
参考文献
[1]孔雅琼, 基于单片机的超声测距仪研究与开发, 国防科学技术大学 [2]张 芬 ,基于C8051F320单片机的超声波测距仪,中国地质大学(武汉)机械与 电子信息学院，仪表技术与传感器，09年12期 [3]李为民, 基于stc89单片机的超声波测距仪, 陕西师范大学学报,05年6月33 卷 [4]胡福云, 基于单片机的超声波测距仪, 湖北工业大学，科技视野 [5]陈莹,基于单片机的超声测距系统, 华中科技大学 [6]符艳辉,基于单片机控制的超声波测距仪的设计, 吉林省农业机械研究院， 农业与技术，08年2月28卷 [7]谭洪涛,单片机设计测距仪原理及其简单应用, 重庆通信学 [8]曾毓敏,基于80C552单片机的驾斐蹙蜜型题仪，南京师范大学物理系 [9]安宗权,基于ATmega8单片机的超声波测距仪, 安徽工业大学
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TR0=0 ; DH=TH0; DL=TL0; COUNT=TH0*256+TL0; num= (344*COUNT)/20000; bwei=num/100; gwei=(num-bwei*100)/10; shwei=num%10; P1=tab[bwei]; P0=tab[shwei]; P2=tab[gwei]; TH0=0; TL0=0;
U1C 5 6 74HC04 U1D I/O 9 8 LS1 74HC04 U1A 1 2 11 U1E 10
SPEAKER
74HC04 U1B 3 4 1
74HC04 U1A 2
74HC04
74HC04
超声波接收头接收到超声波后，转换为电信号，此时的信号比较弱，必 需经过放大。本系统采用了LM741对接收到的信号进行放大，接收电路如图
C2 10u VCC R1 100 K R3 100 K
5
R2 100 K
D1
C4 1
U4A 3 4
C
103
102 D2 C5 102 LM747 R5 1M
2
LS2 SPEAKER
R6 1K C3 103
4.系统的硬件结构设计和软件设计
• 4.1单片机实现测距原理
单片机发出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Tr，然后求出距离S＝CTr／2，式 中的C为超声波波速。 限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、 反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲 的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测 量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。 由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。
现代测控技术课程设计
超声测距系统设计
前言
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利用超声波作为定位技术是蝙蝠等生物作为防御和捕捉猎物生存的手段，也就是由 生物体发射不能被人们听到的超声波20Hz以上的机械波，借助空气或其它介质传播。 通过被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短和反射回来的信号强弱来判断 反射物的类型及距离的远近。人类采用仿生学，人工发射出超声波。目前，超声波已 应用在民用及国防工业中。例如:用超声波探测海洋潜艇位置、鱼群以及确定海底暗礁 等障碍物形状及位置。利用超声波在固体巢传播的时间确定物体的长度以及超声波在 固体里遇到障碍物界面上的反射来确定物体内部损伤(如裂缝、气孔及杂质等)位置， 称之为无损探伤。利用超声波测距辅助机器人确定机器人自身位置和环境识别，从而 准确避开障碍物按照预先规划好的行进方向行进来完成预定任务。另外还应用于矿井 探测、液面探测、建筑、汽车报警等领域。超声波测距是一种非接触式检测方式，和 红外、激光及无线电测距相比，超声波测距有其不受光线影响，结构和操作简单，成 本低等特点。采用高精度视觉识别环境技术需要复杂的信息处理，且体积较大，价格 昂贵。对于体积较小成本较低的机器人，这些特点尤为突出，相比之下，超声波测距 的特点弥补了以上不足，在许多情况下能很好地完成探测任务。就此而言，本课题的 研究是有一定实际意义的。
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{
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P36=!P36; delays() ;
}
//每循环一次，输出引脚取反
} 单片机每隔一段时间产生一串40kHz方波，同时定时器开始计时，当收 到回波，产生中断信号后，单片机执行中断程序。在中断程序中，先让定时 器停止计数，然后读取时间，通过时间计算出所测距离，输出结果。 中断程序如下： void intersvro(void) interrupt 0 using 1 //INTO中断服务程 序 { uint bwei,shwei,gwei; uchar DH,DL; ulong COUNT; ulong num;
3、系统方案与电路设计
• 3.1系统整体方案的设计
超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是 用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔 统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性 各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超 声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作 为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定 时器。
5 系统电路的调试与误差分析
5.1 电路的调试
通过多次实验，对电路各部分进行了测量、调试和分析，本系统在编程 时选用让单片机产生约38.46kHz的方波。
5.2 系统的误差分析
1 声速引起的误差 2 单片机时间分辨率的影响
6、 PROTUES仿真
1为准备发射方波前，处于静止状态
2为射方波以后的状态
• 3.2系统整体方案的论证
超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传 播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被 测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高 计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测 距仪。此次设计采用反射波方式。 测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是 一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波 在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比； 而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而 长距离的测量时应用低频率的传感器。
2、系统方案的选择与比较
• 2.1利用分立模块的超声波测距
系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组控制模 组及电源五部分。超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成； 显示模块是一个8位段数码显示的LCD；测量结果的显示用到三位数 字段码，格式为X点XX米，同时还用两位数字段码显示数据的个数； 测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X点XX米，同时还用两位 数字段码显示数据的个数。 优点：具有历史数据存储功能、出错管理功能。 缺点：能测的最小距离比较长，不能实现双向测距，电路复杂 性能稳定性不高。
//停止计数
//计算距离 //取百位 //取十位 //取个位 //输出百位 //输出十位 //输出个位
}
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本设计的LED显示采用了静态显示方式，并用单片机内部软件译码。 这样简单方便，省去了复杂的外部译码电路。 软件译码只需要定义一个数组便可，程序语句如下： uchar data tab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; 这是共阳LED显示从0到9的字形码。
目录
1、课程设计任 务与要求
文本
4、系统硬件结 构设计与软件 设计
2、系统方案选 择与比较
文本
参考文献
文本
5、电路的调试
3、系统整体方 案设计
文本
文本
6、PROTUES仿 真
1、课程设计的任务与要求
设计一超声波测距仪，任务： (1)了解超声波测距原理。 (2)根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。 设计一超声波测距仪，要求： (1)设计出超声波测距仪的硬件结构电路。 (2)对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发 送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离。 (3)对设计的电路进行分析。 (4)用PROTUES进行仿真，以数字的形式显示测量距离。
• 3.3超声波测距仪原理
单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波 接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理 后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出 距离数并送LED显示。
3.4 超声波测距系统电路的设计
由单片机产生的40kHz的方波需要进行放大，才能驱动超声波传感器发射超 声波，发射驱动电路其实就是一个信号放大电路，本课题所选用的是74HC04集 成芯片。发射电路图如下：
• 4.2系统软件的设计
软件分为两部分，主程序和中断服务程序。主程序完成初始化工作、各路 超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成三个方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程 序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。 用单片机编程产生40kHz方波，可用延时程序和循环语句实现。先定义一个 延时函数delays()，然后可用for语句循环，并且循环一次同时改变方波输出 口的电平高低，从而产生方波。部分程序如下： void delays() {} //延时函数 void main() { for(a=0;a<200;a++) //产生100个40KHz的方波