基于单片机的超声波传感器测距系统

基于单片机的超声波传感器测距系统
基于单片机的超声波传感器测距系统

河北科技师范学院欧美学院

科技技能训练--------综述

姓名胡连

学号9310080311

专业电气工程及自动化

院系机电科学与工程系

指导老师王宽王枫

欧美学院机电科学与工程系

2011年7 月

基于单片机的超声波传感器测距系统

摘要如今,拥有汽车的人越来越多,随之带来的交通隐患也越来越大,从而超声波汽车倒车探测器的诞生,也为此隐患带来了一个很好的解决办法。本设计详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统。文中首先阐述了超声传感器的原理及特性;对于测距系统的超声波频率、信号脉冲、器件型号等主要参数进行了讨论;在介绍了超声测距各模块功能的基础上,提出了系统的总体构成并对测距系统发射、接收、显示部分的硬件设计方案进行了论证。根据系统要求采用模块化的编程思路完成系统的算法设计,实现超声发射和距离显示功能。最后通过软硬件的综合调试实现短距离超声测距系统的基本功能。在本次设计中,最关健的部份是硬件电路和软件设计,所以本文对这两个部份做了比较详尽的介绍。其中硬件电路包括滤波电路、放大电路和整形电路。滤波电路的作用是滤掉一些噪声;因为超声波传感器是通过振动产生电流的,所产生的电流非常微弱,所以我们需要放大电路;而单片机只接收方波,所以要对放大的电流进行整波,这样单片机就可以正常工作了。

软件部份本文采用汇编语言编程,使用单片机的中断和计时功能,可以方便的实现所设想的功能。

关健词:超声波;传感器;单片机.

1超声波汽车倒车探测器简介

本文所研究的超声波汽车倒车探测器实际上就是一种近距离的雷达,它利用超声波测距原理,即用超声波发射器向某一方向发送超声波,同时在发射的时候开始计时,在超声波遇到障碍物的时候反射回来,超声波接收器在接收到反射回来的超声波时,停止计时。设超声波在空气中的传播速度为V,在空气中的传播时间为T,汽车与障碍物的距离为S,错误!未指定书签。S=VT/2,这样可以测出汽车与障碍物之间的距离,然后在LED显示屏上显示出来。

其工作机理是依据压电材料的正逆压电效应,利用逆压电效应产生超声波,即逆压电效应是在压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号,材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变,这种机械形变推动周围介质振动,产生疏密相间的机械波,如果其振动频率在超声范围内,这种机械波就是超声波。

本文所设计的超声波汽车倒车探测器主要由AT89S51单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路组成。

首先由单片机驱动产生40KHZ的频率,由超声波发射探头发送出去,在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号,然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机

进行计算,把计算结果输出到LED 液晶显示屏上。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;另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 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较为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,本例决定采用AT89S51单片机作为主控制器,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完成。超声波测距器系统设计如图1.1所示。

1.1. 超声波测距器系统设计框图

我们人类在第一次世界大战时就学会了利用超声波,这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态,如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波,然后记录与处理反射回声,从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。超声波在医学上也得到了很好的利用,早在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构;以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。

自19世纪末到20世纪初,在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后,人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法,从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。

超声应用、超声效应如今已广泛用于实际,主要有如下几方面:

(1) 超声检验。超声波的波长比一般声波要短,具有较好的方向性,而且能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。 (2) 超声处理。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应,可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等,在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。 2 目标

利用超声波传感器实现测距功能,并通过LED 数码管实时显示出两点间的距离。

3 系统硬件电路的设计

硬件电路主要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。单片机系统及显示电路

单片机采用AT89S51。系统采用12MHz 高精度的晶振,以获得较稳定的时钟频率,并减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz 方波信号,利用

超声波接收

单片机 控制器

超声波发送 LED 显示

扫描驱动

外中断0口检测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED 数码管,断码用74LS244驱动,位码用PNP 三极管9012驱动。单片机系统及显示电路如图2.1所示。

P1.0/T 1

P1.1/T 2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78INT113INT012T014

T115EA/VP 31X218

X119RESET 9

RD 17WR

16

PSEN

29

ALE/P 30RXD 10TXD 11P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.7

28

P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039AT89C52

U5*40KHz 输出

回波接收输入

Y2

12MHz

5V

C4

30pF

C5

30pF

+

20uF

RESET

10K

VCC

a

b

c d e f g a 1b 2c 3d 4e 5f

6g

7

DPY LED RES2

a

b

c d e f g a 1b 2c 3d 4e 5f

6g 7

DPY LED RES2

a

b

c d e f g a 1b 2c 3d 4e 5f

6g 7

DPY LED RES2

a

b

c d e f g a

1b 2c 3d 4e 5f

6g 7

DPY LED RES2

9012901290129012

4.7K

4.7K

4.7K

VCC

P2.3

P2.2

P2.1

P2.0

2.1 单片机及显示系统电路图

U4A

74LS04

U4B

74LS04U4C

74LS04U4D 74LS04

U4E

74LS04R101K R111K

T

VCC

1

2

3

4

5

6

8

9

10

11

2.2 超声波发射电路原理图

R12220K

R1310K

R14101

2

3456

7

8

CX20106A

U5

C7330pF

C4

0.056u F

+C51uF

+

C63.3uF

R

VCC

GND

P3.2

2.3 超声波检测接收电路图

超声波发射电路

超声波发射电路原理图2.2所示。发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成,单片机p1.0端口输出的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,另一路级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74LS04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,以缩短其自由振荡的时间。

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部结构如图2.4所示,它有两个压电晶片和一个公振板。当它的两级外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是一个超声波发生器;反之,如果两电极间未加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收换能器了。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同,使用时应分清器件上的标志。

3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于测距的超声波频率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所示。实验证明,用CX220106A接收超声波(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。适当地更改电容C4的大小,可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

T

R

2.4 超声波换能器结构图

共振板

压电晶片

电极

2.5 超声波测距原理图

4系统程序的设计

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,超声波接收中断程序及显示子程序组成,由于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行动的时间,而超声波测距器的程序既有较复杂的计算(计算距离时),又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中断程序逐一介绍。

1 超声波测距器的算法设计

图2.5示意了超声波测距的原理,既超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号,当这个超声波遇到被测物体后反射回来,就会被超声波接收器R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,就可算出超声波发生器于反射物体的距离。该距离的计算公式如下:

d=s/2(v×t)/2

其中:d为被测物于测距器的距离;s为声波的来回路程;v为声速;t为声波来回所用的时间。

超声波也是一种声波,其声速v于温度有关。表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,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。

温度/℃﹣30 ﹣20 ﹣10 0 10 20 30 100

声波/(m.s)313 319 325 323 338 344 349 386

表1 不同温度下,超声波的速度。

2 主程序

主程序首先要对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式为16位定时/计数器模式,置位总中断允许位EA并对显示端口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到接收器引起的直射波,需要延时约0.1ms(这也就是超声波测距器会有一个最小可测距离的原因)后才可打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12MHz的晶振,计数器每计一个数就是1us,所以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)按下面公式计算,即可得被测物体与测距器之间的距离。设计时取20℃时的声速为344m/s,则有

d=(v×t)/2=(172T/10000)cm

其中:T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显示约为0.5s,然后再发超声波脉冲重复测量过程。图2.6所示为主程序流程图。

开始

系统初始化

发送超声波脉冲

等待反射超声波

计算距离

显示结果0.5s

图2.6 主程序流程图

总结

超声波倒车探测系统实际上已得到了广泛的应用。在本次设计中,广泛借鉴了各种设计的优点,充分考虑了整个设计中的各个环节。包括产生40KHz的方波,在接收电路中,对所接收方波进行滤波、放大、整形等步骤。但由于条件和技术所限,对于很多以上所分析的在发射和接收过程中所产生的误差没有得到有效的校正。

在设计中,用到了以前学到的很多知识,比如电工、单片机、汇编语言、传感器等。这使我们意识到,任何一件产品的产生,都不是单一知识所能实现的。而且在电路的设计和程序的编制过程中,出现了很多意想不到的错误,让我们措手不及,有些甚至是一些非常低级的错误,但是这些错误也同样让我们获益非浅,它使我们意识到,研究是一个非常严肃的过程,来不得半点马虎。必须有一个严谨的态度,加上100%的努力才有可能获得成功的喜悦。

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51单片机超声波测距程序

//晶振:11.0592 //TRIG:P1.2 ECH0:P1.1 //波特率:9600 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit RX=P0^2; sbit TX=P0^3; unsigned int time=0; unsigned int timer=0; float S=0; bit flag =0; void Conut(void) { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.87)/100; //算出来是CM if(flag==1) //超出测量 { flag=0; printf("-----\n"); } printf("S=%f\n",S); } void delayms(unsigned int ms) { unsigned char i=100,j; for(;ms;ms--) { while(--i)

{ j=10; while(--j); } } } void zd0() interrupt 1 //T0中断用来计数器溢出,超出测距范围{ flag=1; //中断溢出标志 } void StartModule() //T1中断用来扫描数码管和计800ms启动模块{ TX=1; //800MS启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX=0; } void main(void) { TMOD=0x21; //设T0为方式1,GATE=1; SCON=0x50; TH1=0xFD; TL1=0xFD; TH0=0; TL0=0;

基于51单片机的超声波测距毕业设计(论文)

一设计题目基于51单片机的超声波测距 二设计者 姓名班级学号组号 三、设计思路及框图、原理图 任务:以单片机为核心,设计并制作一超声波测距系统基本要求: 利用时间差测距,不考虑温度变化 用数码管显示测试结果 工作频率:450kHz 测距范围:0.5~10米 测试精度: 10% 发挥部分尽量增大测控范围,提高测试精度 1.系统的硬件结构设计 1.1. 超声波发生电路 发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成,单片机P1.0端口输出的450kHz的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,用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端,可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联,用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04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,缩短其自由振荡时间。 1.2超声波检测接收电路 采用集成电路CX20106A为超声波接收芯片。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平),具有很好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。 1.3 显示电路 显示电路主要由74ls273芯片驱动,用PNPC8550三级管进行位选,七段共阳极数码管显示。 2.系统的软件结构设计 设计思路 主程序中包括温度补偿子程序,计算子程序,显示子程序。采用汇编编程。首先进行系统初始化。其次利用循环产生4个40KHZ的方波,由输出口进行输出,并开始计时。第三等待中断,若超声波被接收探头捕捉到,那么通过中断可测得

超声波测距程序(详细C语言数码管显示)

超声波测距程序(详细C语言数码管显示) #include //头文件 #include// _nop_() 函数延时1US用 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define nop _nop_() sbit csb=P1^0;//超声波发送端口为P1.0 sbit bai=P2^2;//数码管百位 sbit shi=P2^1;//数码管十位 sbit ge=P2^0;//数码管个位 uchar flag;//超声波接收标志 float juli1;//距离变量,用来数码管显示用 int juli; uchar table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共阳数码管0到9的代码 int xianshi[3]; void delayshow(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void ledshow(void) { xianshi[0]=juli/100; xianshi[1]=((juli%100)/10); xianshi[2]=juli%10; bai=0; P0=table[xianshi[0]]; delayshow(2); bai=1; delayshow(2); shi=0; P0=table[xianshi[1]]; delayshow(2); shi=1;

基于单片机的超声波测距

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姓名:贺云鹏 学号: 201310104 指导教师:建国 交通大学自动化与电气工程学院 30 日 12 2015 年月 超声波测距仪设计设计说明1 设计目的1.1 测量声波在发超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍射后遇到障碍物反射回来的时间,物的实际距离。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。 超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播,定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射,利用这一特性,通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离,从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便,且不受光线等因素影响,广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。 1.2 设计方法 本课题包括数据测距模块、显示模块。测距模块包括一个HC-SR04超声波测距模块和一片AT89C51单片机,该设计选用HC-SR04超声波测距模块,通过单片机对超声波进行计时并根据超AT89C51发射和接受超声波,使用HC-SR04.声波在空气中速度为340米每秒的特性计算出距离。显示模块包括一个4位共阳极LED数码管和AT89C51单片机,由AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。 1.3 设计要求 采用单片机为核心部件,选用超声波模组,实现对距离的测量,测量距离能够通过显示输出(LED,LCD)。 2 设计方案及原理 2.1超声波测距模块设计

单片机应用_超声波测距器

单片机课程设计 一、需求分析: 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。要求测量围在1m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置,它能对障碍物进行适时、适量的测量,起到智能操作,实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段,必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(time of flight)。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种,短距离的可以用尺,远距离的有激光测距等,超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为340米/秒,由单片机负责计时,单片机使用12.0M晶振,所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到要求。 超声波发生器可以分为两类: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。本课题属于近距离测量,可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素,可以采用AT89S51单片机作为主控制器,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完成,超声波测距器的系统框图如下图所示: 超声波测距器系统设计框图 主要由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组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。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。

基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文

基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文

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。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期: 指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

基于单片机的超声波测距系统实验报告

基于单片机的超声波测距系统实验报告

一、实验目的 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; 3.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; 4.以数字的形式显示所测量的距离; 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料,确定系统的总体设计方案,设计出系 统框图; 2.决定各项参数所需要的硬件设施,完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证; 4.对单元模块进行整合,整体调试; 5.完成原理图设计和硬件制作; 6.编写程序和整体调试电路; 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 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,从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距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。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。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理,单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 (一)超声波模块原理: 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1。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。

超声波测距仪的设计说明

题目:超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的: 以51单片机为主控制器,利用超声波模块HC-SR04,设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作,更为深入的了解51的工作原理,特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用;掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法,学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力,并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求: 设计一个超声波测距仪。要求: 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离; 2.所测距离大于2cm小于300cm,精度2mm。 三、设计器材: STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管(4) 按键(1) 电容(30PF2,10UF1) 排阻(10K),万用板,电烙铁,万用表,5V直流稳压电源,镊子,钳子,

导线及焊锡若干,电阻(200欧5)。 四、设计原理及设计方案: (一)超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射同时开始计时,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中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T,然后求出距离L。基本的测距公式为:L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速,常温下取为344m/s 声速确定后,只要测出超声波往返的时间,即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度,我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了,硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路,软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时,只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值,此值就为此次测距的时间,再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 (二)超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述: 1. 主要技术参数: ①使用电压:DC5V ②静态电流:小于2mA ③电平输出:高5V

基于单片机的超声波测距仪的设计与实现毕业论文

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 based ABSTRACT The 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. We AT89C52 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

基于51单片机的超声波测距系统

基于51单片机的超声波测距系统 贾源 完成日期:2011年2月22日

目录 一、设计任务和性能指标 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2性能指标 (3) 二、超声波测距原理概述 (4) 2.1超声波传感器 (5) 2.1.1超声波发生器 (5) 2.1.2压电式超声波发生器原理 (5) 2.1.3单片机超声波测距系统构成 (5) 三、设计方案 (6) 3.1AT89C2051单片机 (7) 3.2超声波测距系统构成 (8) 3.2.1超声波测距单片机系统 (9) 图3-1:超声波测距单片机系统 (9) 3.2.2超声波发射、接收电路 (9) 图3-1:超声波测距发送接收单元 (10) 3.2.3显示电路 (10) 四.系统软件设计 (11) 4.1主程序设计 (11) 4.2超声波测距子程序 (12) 4.3超声波测距程序流程图 (13) 4.4超声波测距程子序流程图 (14) 五.调试及性能分析 (14) 5.1调试步骤 (14) 5.2性能分析 (15) 六.心得体会 (15) 参考文献 (16) 附录一超声波测系统原理图 (18) 附录二超声波测系统原理图安装图 (19) 附录三超声波测系统原理图PCB图 (20) 附录四超声波测系统原理图C语言原程序 (21) 参考文献 (26)

一、设计任务和性能指标 1.1设计任务 利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器,用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。 要求用Protel 画出系统的电路原理图,印刷电路板,绘出程序流程图,并给出程序清单。 1.2性能指标 距离显示:用三位LED数码管进行显示(单位是CM)。 测距范围:25CM到 250CM之间。误差:1%。

超声波测距C语言源程序代码

超声波测距C语言源程 序代码 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

/*{HZ即单位s的倒数}本晶振为12MHZ,因此外部的时钟频率为12MHZ,所以内部的时钟频率为(12M H Z)/12=1M H 即1000000HZ,而机械频率为1/(1MHZ),即每完成一次计算(即定时器的值加一)用时, 即1us(微秒).*/ /*************************************************************************** ********/ #include<> #define UC unsigned char #define UI unsigned int void delay(UI); sbit BX = P3^0;void TimeConfiguration(); a = 0; b = 0; c = 0; P2 =~ 0x00; goto loop; } time = TL0 + TH0*256; juli = ( int )( (time*/2 ); BAI = ( (juli%1000)/100 ); SHI = ( (juli%100)/10 ); GE = ( juli%10 ); /******************************************两种模式的距离显示 ********************************************/ if(juli > MAX) { Hong = 0; Lv = 1; while( t1-- ) { a = 0; b = 1; c = 1; P2 =~ CharacterCode[BAI]; delay(400); a = 1; b = 0; c = 1; P2 =~ CharacterCode[SHI]; delay(400); a = 1; b = 1; c = 0; P2 =~ CharacterCode[GE]; delay(390);

基于单片机的超声波测距结课论文

大学 无线通信课程设计报告基于单片机的超声波测距系统 专业:通信工程 学号:20085428 姓名:超越

基于单片机的超声波测距系统 1.设计原理概述 文章是对基于单片机的超声波测距系统的研究,首先要知道超声波测距的原理,它声波的一种,声波是物体机械振动状态(或能量)的传播形式。 超声波的特性: (1)超声波在介质传播过程中,会发生衰减和散射。由于受介质和杂质的阻碍或吸收,其强度会产生衰减。 (2)超声波声束能集中在特定的方向上,具有良好的指向性。超声波可以在固体、液体和气体中以不同的速度进行传播,其速度受介质温度、压力等因素的影响,但在相同外部环境下,超声波在同一介质中的传播速度是一常数。 (3)超声波在异种介质的界面上会产生发射、叠加等现象。 实用的超声测距方法有两种,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。 声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射;反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的,而且声波从声源到达目标,而返回声源的时间可以测量得到,那么就可以计算出从声波到目标的距离。超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的,即: 上式中, L为待测距离,V(m/s) 为超声波在空气中的速度,T(s)为往返时间。由于超声波在空气中的传播速度与温度 T(℃)有如下关系: 温度每变化1℃,超声波速度变化0.6m/s。所以通过测温电路测量出当前温度,就可以计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化比较大,因此产生的测量误差也比较大,所以若是在环境温度变化较大的环境下进行测量,考虑声速补偿的问题。 文章采用基于单片机的超声波测距系统,是利用单片机编程产生频率为40kHz的方波,经过发射驱动电路放大,使超声波传感器发射端震荡,发射超声波。超声波经反射回来后,由传感器接收端接收,再经接收电路放大、整形,控制单片机中断口。 以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到反射波的时间,读取时间差,计算时间差,计算距离,结果输出给LED显示。 单片机计时准确,测距精度高,而且单片机控制方便,计算简单,成本低。

用51单片机实现HC-SR04超声波测距程序

#include //包括一个52标准内核的头文件 #define uchar unsigned char //定义一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long sbit Trig = P1^0; //产生脉冲引脚 sbit Echo = P3^2; //回波引脚 sbit test = P1^1; //测试用引脚 uchar code SEG7[10]={~0xC0,~0xF9,~0xA4,~0xB0,~0x99,~0x92,~0x82,~0xF8,~0x80,~0x90};//数码管0-9 uint distance[4]; //测距接收缓冲区 uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; //自定义寄存器 bit succeed_flag; //测量成功标志 //********函数声明 void conversion(uint temp_data); void delay_20us(); void main(void) // 主程序 { uint distance_data,a,b; uchar CONT_1; i=0; flag=0; test =0; Trig=0; //首先拉低脉冲输入引脚 TMOD=0x11; //定时器0,定时器1,16位工作方式 TR0=1; //启动定时器0 IT0=0; //由高电平变低电平,触发外部中断 ET0=1; //打开定时器0中断 EX0=0; //关闭外部中断 EA=1; //打开总中断0 while(1) //程序循环 { EA=0; Trig=1; delay_20us(); Trig=0; //产生一个20us的脉冲,在Trig引脚 while(Echo==0); //等待Echo回波引脚变高电平 succeed_flag=0; //清测量成功标志 EX0=1; //打开外部中断 TH1=0; //定时器1清零 TL1=0; //定时器1清零 TF1=0; //

基于单片机超声波测距仪的设计本科毕业论文

毕业设计(论文) 设计(论文)题目:基于单片机的超声波测距 仪的设计

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。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期: 指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

带温度补偿的超声波测距程序

/**程序:基于HC-SR04得超声波测距系统 *单片机型号:STC90C51612MHz *说明:开始连续进行7次超声波测距,每次测距间隔80ms, *完成后对7次结果排序并将最大得2个数值与最小得2个数值去除,对剩余得 *3个数值取平均值。完成后指示灯灭,输出结果到LCD1602上。测量超出范围则发出报警声、 *使用两个IO端口控制HC-SR04触发信号输入与回响信号输出, *以及一个T0定时器用于时间计数。 * 使用DS18B20测量环境温度,声速公式:V=334。1m/s+Temperature*0、61, *单片机晶振为12Mhz(11、953M),计数时为T=1us *计算公式:S=(334。1m/s+Temperature*0。61)*N*T/2,N为计数值=TH0*256+TL0*/ /*包含头文件*/ #include 〈reg51。h> #include 〈intrins。h> #define Delay4us(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} /*宏定义*/ #define uchar unsignedchar?//无符号8位 #define uint?unsigned int//无符号16位 #define ulongunsigned long ?//无符号32位 /*全局变量定义*/ sbit BEEP=P1^5;??//报警测量超出范围 sbit Trig=P3^4; //HC-SR04触发信号输入 sbitEcho=P3^2;?//HC—SR04回响信号输出 float xdataDistanceValue=0。0;?//测量得距离值 float xdata SPEEDSOUND; ??//声速 float xdataXTALTIME; ?//单片机计数周期 uchar xdata stringBuf[6];??//数值转字符串缓冲 //LCD1602提示信息 uchar codePrompts[][16]= { ?{"Measure Distance"}, //测量距离 {"-Out of Range -"}, //超出测量范围 ?{"MAX range400cm "}, //测距最大值400cm {”MIN range 2cm"},?//测距最小值2cm {”"},?//清屏 }; uchar xdata DistanceText[]="Range: ";//测量结果字符串 uchar xdata TemperatureText[]="Temperature:";//测量温度值 /*外部函数声明*/ extern voidLCD_Initialize(); //LCD初始化 extern void LCD_Display_String(uchar*, uchar); externvoid ReadTemperatureFromDS18B20(); extern int xdataCurTempInteger; void DelayMS(uint ms);?//毫秒延时函数 voidDelay20us(); //20微秒延时函数 voidHCSR04_Initialize();//HCSR04初始化 float MeasuringDistance();?//测量距离

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

基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为t,由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速v 与温度有关,下表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。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 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。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括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。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。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口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256 B的RAM,2个16b的定时/计数器TO和T1,4个8 b的工/O端I:IP0,

基于51单片机的超声波测距仪设计.

江苏经贸职业技术学院毕业设计(论文)

单片机的超声波测距仪设计基于题目:MCS51 ) 信息技术学院系 (院 12应用电子专业 班级1227031128 号学学生姓名万小伟董李江职校内导师称老师 职夏国平企业导师称工程师 职企业导师潘仕美称研究生 5年2015月日12 基于MCS51单片机的超声波测距仪设计 摘要:伴随着社会的发展,人们的生活质量不断地提高,各个的城市不断地在 发展,当然城市的排水系统得到了很大的发展和改进,由于很多的原因和很多的因素,每个城市的排水系统,现在的城市的发展和建设往往忽略一些重要的项目

那就是排水系统。所以好多的城市经常出现开挖已经建设好的建筑和工程设施来改进排水系统因此他们忽视到这个问题的严重性。 因此,我的论文设计是采用以AT89C51单片机为核心的高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法它还有一个重要的指标那就是低成本一种的设计方法。 通过一系列的实验反馈,这个软件设计的非常的合理、低成本、实时性良好,经过开发和研究,因此在许多的方面得到很多的发展和有效的解决一些重要的问题比如在汽车的倒车,建筑的工地上,还有一些重要的工业现场的重要的位置等等。 关键词:超声波测距仪AT89C51 The design of ultrasonic range finder based on MCS51 Abstract:With the development of science and technology, the improvement of people's standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module. Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52

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