超声波测量距(原理图+实物图+程序)
{
delay();
while(S2==0)
{
P1=P1|0x0f;
}
BJS--;//报警值减
if(BJS<=1)//最小1
{
BJS=150;
}
}
//功能
else if(S3==0)//设置键
{
delay();
while(S3==0)
{
P1=P1|0x0f;
}
Mode++;//模式加
#include <reg52.H>//器件配置文件
#include <intrins.h>
//传感器接口
sbit RX = P3^2;
sbit TX = P3^3;
//按键声明
sbit S1 = P1^4;
sbit S2 = P1^5;
sbit S3 = P1^6;
//蜂鸣器
sbit Feng= P2^0;
Feng=0;//蜂鸣器报警
flag=0;
disbuff[0]=10;//“-”
disbuff[1]=10;//“-”
disbuff[2]=10;//“-”
}
else
{
//距离小于报警距
if(S<=BJS)
{
Feng=0;//报警
}
else //大于
{
Feng=1;//关闭报警
}
disbuff[0]=S%1000/100;//将距离数据拆成单个位赋值
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
TX=0;
}
}
/**********************************************************************************************************/
//变量声明
unsigned int time=0;
unsigned int timer=0;
unsigned char posit=0;
unsigned long S=0;
unsigned long BJS=50;//报警距离80CM
//模式0正常模式1调整
char Mode=0;
bit flag=0;
for(b=38;b>0;b--)
for(a=130;a>0;a--);
}
//按键扫描
void Key_()
{
//+
if(S1==0)
{
delay();//延时去抖
while(S1==0)
{
P1=P1|0x0f;
}
BJS++;//报警值加
if(BJS>=151) //最大151
{
BJS=0;
}
}
//-
{
//正常显示
if(Mode==0)
{
P0=0x00; //关闭显示
if(posit==0)//数码管的小数点
{
P0=(discode[disbuff[posit]])|0x80;//按位或，最高位变为1，显示小数点
}
else
{
P0=discode[disbuff[posit]];
}
P1=positon[posit];
}
}
/**********************************************************************************************************/
//定时器0
void zd0() interrupt 1//T0中断用来计数器溢出,超过测距范围
unsigned char const discode[] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0xff/*-*/};//数码管显示码0123456789-和不显示
unsigned char const positon[4]={0xfd,0xfb,0xf7,0xfe};//位选
if(++posit>=3)//每进一次显示函数，变量加1
posit=0;//加到3时清零
}
//报警显示
else
{
P0=0x00;
if(posit==0)//数码管的小数点
{
P0=(discode[disbuff_BJ[posit]])|0x80;
}
else if(posit==3)
{
P0=0x76;//显示字母
if(Mode>=2)//加到2时清零
{
Mode=0;
}
}
}
/**********************************************************************************************************/
//扫描数码管
void Display(void)
disbuff[1]=S%1000%100/10;
disbuff[2]=S%1000%10 %10;
}
}
else
{
Feng=1;
disbuff_BJ[0]=BJS%1000/100;
disbuff_BJ[1]=BJS%1000%100/10;
disbuff_BJ[2]=BJS%1000%10 %10;
{
flag=1;//中断溢出标志
}
/**********************************************************************************************************/
//定时器1
void zd3() interrupt 3//T1中断用来扫描数码管和计800MS启动模块
{
TH1=0xf8;
TL1=0x30;//定时2ms
Key_();//扫描按键
Display();//扫描显示
timer++;//变量加
if(timer>=400)//400次就是800ms
{
timer=0;
TX=1;//800MS启动一次模块
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nopoid)
{
TMOD=0x11;//设T0为方式1，GATE=1；
TH0=0;
TL0=0;
TH1=0xf8;//2MS定时
TL1=0x30;
ET0=1;//允许T0中断
ET1=1;//允许T1中断
TR1=1;//开启定时器
EA=1;//开启总中断
while(1)
{
while(!RX);//当RX为零时等待
}
else
{
P0=discode[disbuff_BJ[posit]];
}
P1=positon[posit];
if(++posit>=4)
posit=0;
}
}
/**********************************************************************************************************/
TR0=1;//开启计数
while(RX);//当RX为1计数并等待
TR0=0;//关闭计数
Conut();//计算
}
}
//计算
void Conut(void)
{
time=TH0*256+TL0;//读出T0的计时数值
TH0=0;
TL0=0;//清空计时器
S=(time*1.7)/100; //算出来是CM
if(Mode==0)//非设置状态时
{
if((S>=700)||flag==1) //超出测量范围显示“-”
{
unsigned char disbuff[4]={0,0,0,0};//数组用于存放距离信息
unsigned char disbuff_BJ[4]={0,0,0,0};//报警信息
//延时100ms（不精确）
void delay(void)
{
unsigned char a,b,c;
for(c=10;c>0;c--)
10米超声波测距
超声波测距仪的制作（常规器件）这里介绍一款国外的不使用单片机的超声波测距仪。
本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
实物图如下：原理图如下：一、电路原理1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、 RB=150KΩ、 C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、 RB=15KΩ、 C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波传感器及其测距原理
安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。
障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。
本超声波测距系统选用了SensComp公司生产的Polaroid 6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了ATMEL公司的AT89C51。
本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。
1、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[1]。
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[1]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）[2]。
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，即1、硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。
2.1 Polaroid 600系列传感器此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。
传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。
薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4kHz、电压为300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz的超声波。
当接收回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4kHz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。
超声波测距论文(含原理图、程序)
1 绪论之阿布丰王创作以后社会经济的不竭发展和工业科学技术的不竭提高,汽车已逐渐进入很多苍生家.汽车使用数量的不竭增加,从而由此招致的倒车交通平安问题也非常严重,路途交通压力增加,交通平安问题也是面临严峻挑战.在面临如此严峻的交通平安问题,许多涉及平安问题的汽车辅助系统也纷纷现世.而本设计就是利用单片机知识、传感器知识等,进行的汽车防撞装置的设计,在汽车倒车时,这种装置可以在驾驶员对车尾与障碍物体的距离远近无法目测和判断时进行报警.1.1 课题布景及意义我国社会经济的不竭发展,人们对汽车这种交通工具的依赖性也越来越年夜,招致了车辆的日益增加在给城市交通不竭施加压力的同时,也引发了非常多行车的平安问题.一些由驾驶员反应不够迅速而招致的汽碰擦,还有很多时候是由于驾驶员对离障碍物的距离判断禁绝确而造成的,如果驾驶员能提前知道障碍物的存在而且知道障碍物的距离,那么驾驶员就能及时地采用办法,从而能防止事故的发生.因此,许多平安系统也应运而生,诸如为了防止交通事故发生的主动平安系统和在发生事故时的防护平安的主动平安系统,而主动平安系统对汽车交通事故的发生能起到防止的作用,所以,主动平安系统的研究更为重要.随着汽车数量的增加,停车场的数量也急剧增加,停车车辆密集,停车人多,所以汽车碰撞亦逐渐增多.而本设计的汽车防撞装置就是主动平安系统,通过对汽车与障碍物之间距离的提示报警防止汽车与障碍物之间的擦碰.本设计要求设计的汽车防撞装置能减少驾驶员的驾驶压力和判断毛病,使驾驶员停车倒车更加平安方便,本设计将对提高交通平安起到重要作用.本设计基于单片机实现汽车防撞,将超声波测距和传感器联系在一起,利用单片机的实时控制和数据处置功能丈量并显示汽车与障碍物之间的距离,并在分歧距离利用蜂鸣器分歧频率发出分歧声音及时报警.这样驾驶员就能通过测距的显示甚至分歧的声音来直接判断汽车玉障碍物之间的距离.本设计的设计简易,虽然精度不高,还不能丈量过远的距离,但规模小,外围电路简单,调试也方便,本钱也不高,器件更换容易,灵活性高,而且能完全满足驾驶员停车时的需要,可以完全解除驾驶员在倒车过程中的顾虑和困扰,提高停车的平安.汽车防撞装置这种汽车平安辅助装置能年夜年夜减少汽车驾驶员在倒车的时候顾虑和对距离判断的失误,从而能够防止倒车的平安问题的发生,故此装置对提高交通平安将起到重要的作用.所以,本课题所要求设计的基于单片机的汽车防撞装置将具有极年夜的现实意义和市场.1.2 国内外研究现状本汽车防撞装置包括有单片机控制电路、超声波测距传感器、蜂鸣器报警电路及数码管显示部件等,装置将各部件有机地结合起来,实现超声波测距及蜂鸣器报警提示的功能.倒车雷达系统的开始是以蜂鸣器报警为标识表记标帜的.汽车离障碍物距离越近,蜂鸣器报警声越急,蜂鸣器报警虽然使驾驶员知道有障碍物的存在,但却不能确定汽车车尾离障碍物有多远,所以,蜂鸣器报警对驾驶员帮手不是很年夜；之后一个质的飞跃就是液晶屏显示的呈现,特别是液晶显示开始呈现静态显示系统,驾驶员就是只要发动车辆,而且不用挂倒挡,液晶显示器上就会呈现汽车图案以及汽车与周围的障碍物的距离,液晶显示是静态显示,液晶显示器的外表美观,显示的色彩也很清晰,而且可以直接粘贴在仪表盘上,装置也很方便[1].不外由于液晶显示的灵敏度比力高,而且它的抗干扰能力也不是很强,所以误报的情况也较多.现在市面上的魔幻镜倒车雷达应该算是比力先进的倒车雷达了,它结合了前几代产物的优点,并采纳了最新仿生超声雷达技术,并用高速电脑控制,可全天准确地进行探测2m以内的障碍物,并以分歧的声音提示和直观的距离显示来提醒驾驶员；魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提德律风、温度显示和车内空气温度显示等多项功能整合在一起[1],并设计了语音功能,因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,可以直接装置在车内倒视镜的位置,而且它样式种类繁多,可以依照个人需求和车内装饰选配,固然它的价格也是比力贵的[1].最新的一代倒车雷达是整合影音系统,除具备前几代倒车雷达的功能外还兼有影音系统[1].随着科学技术水平的迅速发展,相关电子技术也是飞跃前进,固然,汽车电子财富也获得飞速发展,电子财富的飞速发展使得车载电子平顺产物有很年夜的发展前景.倒车雷达固然是每辆车必备的电子平顺产物,如今市面上的主流的汽车倒车雷达基本都是以单片机芯片为控制核心的智能测距报警系统.这些的倒车雷达能够连续测距并显示汽车与障碍物之间的距离,而且采纳蜂鸣器的分歧频率的鸣叫声进行报警提示和距离显示提示,从而能够尽量不占用驾驶员的视觉空间[1].另外,汽车电子系统的网络化的发展还要求作为汽车行驶平安辅助系统的倒车雷达要具有通信功能,并能够把数据发送到汽车总线上去[2].就目前市面上的产物来讲,目前的汽车倒车雷达主要是具备数码管或者液晶屏的距离显示而且带有蜂鸣器的语音报警为主的汽车平安系统.这些系统主要采纳的是以单片机为控制核心的智能超声波测距传感器和蜂鸣器报警系统,这种汽车平安辅助系统廉价耐用,而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求.1.3 课题研究内容及章节安插本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采纳的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的丈量的.本设计的汽车防撞系统能丈量出倒车方向的障碍物与汽车之间的距离, 并通过数码管显示单位模块显示两者之间的距离,然后通过蜂鸣器发出分歧频率的声响, 从而起到提示和报警的作用.本系统利用一片89S51单片机对超声波信号循环不竭地进行收集.系统包括超声波测距单位（超声波集成模块）、89S51单片机控制、蜂鸣器报警模块和数码管显示模块.这个设计的汽车倒车雷达要能够连续测距,数据经过单片机的处置后,用4位数码管显示所丈量获得的距离,并利用分歧频率使蜂鸣器发出分歧的鸣叫声进行语音报警.论文构成主要由以下部份组成：第1章主要介绍了本课题的布景意义和相关技术在国内外的研究现状.第2章介绍的是汽车防装系统的总体方案设计.首先介绍汽车防撞系统的设计要求,然后分别对测距传感器的选择和显示报警系统的方案设计做了介绍,最后提出本系统的总体的设计方案,为硬件系统的设计打下了基础.第3章对硬件系统的设计进行了介绍.首先对超声波传感器的工作原理进行了分析,然后具体讨论了超声波测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路的硬件设计,最后介绍了显示模块电路和蜂鸣器报警电路的设计.第4章主要是对系统的软件设计进行了介绍.在软件设计中采纳分歧模块分歧编程进行设计的,本设计分别对系统的主法式模块、中断子法式模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块和数码管的显示模块的各个法式进行了设计.第5章是硬件的组装及其性能进行分析.首先对实物进行硬件排版组装和焊接,然后讨论了系统的性能发生的误差.第6章是对本设计的总结和展望.最后一章对全文进行了总结,并指明了系统设计的缺乏之处,最后也对本系统的倒车雷达报警系统的发展前景进行了展望.2 总体方案论证本章从系统方案等一些方面来进行论证.本设计主要是进行距离的丈量和报警,设计中涉及到的内容较多,主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、4位数码管显示模块这几个模块结合起来.而本设计的核心是超声波测距模块,其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的,测距模块是利用超声波传感器,之后选择合适单片机芯片,以下就是从相关方面来论述的. 2.1 设计方案论证2.1.1 测距传感器（1）激光测距传感器激光传感器利用激光的方向性强和传光性好的特点,它工作时先由激光传感器瞄准障碍物发射激光脉冲,经障碍物反射后向各个方向散射,部份散射光返回到接受传感器,能接受其微弱的光信号,从而记录并处置光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离,即用往返时间的一半乘以光速就能获得距离.其优点是丈量的距离远、速度快、丈量精确度高、量程范围年夜,缺点是对人体存在平安问题,而且制作的难度年夜本钱也比力高[3].（2）红外线测距传感器红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的分歧则其反射的强度也分歧,根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行丈量的.其优点是本钱昂贵,使用平安,制作简单,缺点就是丈量精度低,方向性也差,丈量距离近[3].（3）超声波传感器超声波是一种超越人类听觉极限的声波即其振动频率高于20kHz的机械波.超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换,当超声波传感器发射超声波时,发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去,当接收超声波时,超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片.超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传布等优点,而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距[4].在中、长距离丈量时,超声波传感器的精度和方向性都要年夜年夜优于红外线传感器,但价格也稍贵.从平安性,本钱、方向性等方面综合考虑,超声波传感器更适合设计要求.根据对以上三种传感器性能的比力,虽然能明显看出来激光传感器是比力理想的选择,可是它的价格却比力高,而且平安度不够高.而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间,因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头.2.2 系统方案此方案选择51单片机作为控制核心,所测得的距离数值由4位共阳极数码管显示,与障碍物之间的分歧距离利用蜂鸣器频率的分歧报警声提示,超声波发射信号由51单片机的P0.1口送出到超声波发射电路,将超声波发送出去,超声波接收电路由CX20106A芯片和超声波接收探头组成的电路构成,报警系统由蜂鸣器电路构成.本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠,从而能防止干扰,可以很好的提高系统的可靠性.本设计的汽车防撞装置的系统框图如图2.1所示.图2.1 汽车防撞装置的系统框图本设计由Keil编程软件对51单片机进行编程,51单片机在执行法式后由P0.1端口发生40kHz的脉冲信号通过74LS04电路进行放年夜并送到到超声波发射探头,发生超声波.在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断按时器,利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间.当接收回射的超声波时,接收电路的输出端发生负跳变输出到单片机发生中断申请,执行外部中断子法式计算距离.结合各方面的因素考虑,依据设计的要求,查阅相关数据资料,选择了超声波测距传感器TR40-16Q（其中T暗示超声波发射探头,R暗示超声波接收探头）,综合考虑设计的要求出于简便角度,选用了HC-SR04超声波集成模块.此超声波模块的最年夜探测距离为 5 m,精度可以达到0.3cm,盲区为2cm,而且发射扩散角不年夜于15°,更有利于测距的准确性.而且,此模块的工作频率范围为39 kHz～41 kHz左右,完全能在40 kHz工作频率工作.由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的,所以发射探头和接收探头必需在同一条水平行直线上,这样才华准确地接收反射的回波.而由于丈量的距离分歧和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传布的过程中的超声波衰减问题,发射探头和接收探头距离不成以太远,而且还要防止发射探头对接收探头在接收信号时发生的干扰,所以二者又不能靠得太近.根据对相关资料查阅,将两探头之间的距离定在5cm～8cm最为合适.本设计所用的HC-SR04模块的超声波探头之间的距离年夜约在6 cm左右.3 硬件电路设计本设计的汽车防撞装置由51单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、4位共阳极数码管、蜂鸣器组成.汽车防撞系统的测距是利用超声波测距的原理,在单片机内部法式的控制下,由超声波发射探头发射超声波,在超声波遇到障碍物时反射到超声波接收探头,由此回应到单片机,由单片机进行中断处置和数据的处置,计算出距离,由数码管显示距离,并由蜂鸣器报警提示.本设计的硬件电路分为五部份：单片机最小系统、超声波发射和接收电路、蜂鸣器报警电路和数码管显示电路.3.1 单片机系统设计3.1.1 单片机的选择一般在系统的设计傍边,能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适,而单片机更是是系统控制的核心,所以对单片机的选择更是异常重要.如果选择了一个合适的单片机不单可以最年夜地简化系统的把持,而且其功能可能是最好的,可靠性也比力高,对整个系统来说更方便.目前,市面上的单片机的种类繁多,而且他们在功能方面也是各自有各自的特点.在一般的情况下来讲,在选择单片机时要需要考虑的几个方面有[5]：（1）单片机最基赋性能参数指标.例如：执行一条指令的速度、法式存储器的容量,I/O口的引脚数量等.（2）单片机的某些增强的功能.（3）单片机的存储介质.例如：对法式存储器来说,最好选用的是Flash的存储器.（4）单片机的封装形式.封装的形式多种多样,例如：双列直插封装、PLCC封装及概况贴附等.（5）单片机对工作的温度范围的要求.例如：在进行设计户外的产物时,就必需要选用工业级的芯片,以达到温度范围的要求.（6）单片机的功耗.例如,如果信号线取电只能提供几mA的电流,所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的.（7）单片机在市面上的销售渠道是否疏通、其价格是否廉价.（8）单片机技术的支持网站如何,卖家提供的芯片资料是否足够完善,是否包括了用户手册,设计方案举例,相关范例法式等.（9）单片机的保密性是否很好,单片机的抗干扰的性能如何等.51系列单片机它在指令系统、硬件结构和片内资源等方面与标准的52系列的单片机可以完全的兼容.51系列的单片机执行速率快(最高时钟频率为90MHz),功耗低,在系统、在应用可编程,不占用用户的资源[5].根据本系统设计的实际要求,选择AT89S51单片机做为本设计的单片机使用,它是由ATMEL公司生产的高性能、低功耗的CMOS 8位单片机.89S51单片机具有以下几个性能特点：4 k字节的闪存片内法式存储器,128字节的数据存储器,32个外部输入和输出口,2个全双工串行通信口,看门狗电路,5个中断源,2个16位可编程按时计数器,片内震荡和时钟电路且全静态工作并由低功耗的闲置和失落电模式[5].单片机的引脚功能图如图3.1所示.图3.151单片机的引脚功能图3.1.2 单片机引脚功能（1）电源引脚Vcc（40脚）：正电源的引脚,工作电压是5V.GND（20脚）：接地端.（2）时钟电路的引脚XTAL1和XTAL2为了发生时钟信号,在89S51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放年夜器,其中XTAL1端口就是片内反相放年夜器的输入端,XTAL2端则是片内振荡器反相放年夜器的输出端 [5].单片机使用的工作方式是自激振荡的方式,XTAL1和XTAL2外接的是12MHz 的石英晶振,使内部振荡器依照石英晶振的频率频率进行振荡,从而就可以发生时钟信号.时钟信号电路如图3.2所示.图3.2 时钟信号电路（3）复位RST（9脚）当振荡器运行时,只要有有两个机器周期即24个振荡周期以上的高电平在这个引脚呈现时,那么就将会使单片机复位,如果将这个引脚坚持高电平,那么51单片机芯片就会循环不竭地进行复位[5].复位后的P0口至P3口均置于高电平,这时法式计数器和特殊功能寄存器将全部清零[5].本课题设计的单片机复位电路如图3.3所示.图3.3 单片机复位电路图（4）输入输出口（I/O口）引脚P0口是一个三态的双向口,既可以作为数据和地址的分时复用口,又可以作为通用输入输出口[5].P0口在有外部扩展存储器时将会被作为地址/数据总线口,此时P0口就是一个真正的双向口；而在没有外部扩展存储器时,P0口也可以作为通用的I/O接口使用,但此时只是一个准双向口；另外,P0口的输出级具有驱动8个LSTTL负载的能力即输出电流不小于800uA[5].P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,而P1口只有通用I/O接口一种功能,而且P1口能驱动4个LSTTL负载；在使用时通常不需要外接上拉电阻就能够直接驱动发光二极管；在端口置1时,其内部上拉电阻将端口拉到高电平,作输入端口用[5].对输出功能,在单片机工作的时候,可以通过用法式指令控制单片机引脚输出高电平或低电平[5].例如：指令CLR是清零的意思,CLR P1.0的意思就是让单片机的P1.0端口输出低电平；而指令SETB是置1的意思,SETB P1.0的意思就是让单片机P1.0端口输出高电平[5].P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,而且P2口具有驱动4个LSTTL负载的能力[5].P2端口置1时,内部上拉电阻将端口的电位拉到高电平,作为输入口使用；在对内部的Flash法式存储器编程时,P2口接收高8位地址和控制信息,而在访问外部法式和16位外部数据存储器时,P2口就送出高8位地址[5].在访问8位地址的外部数据存储器时,P2引脚上的内容在此期间不会改变[5].P3口也是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口能驱动4个LSTTL负载,这8个引脚还用于专门的第二功能[5].P3口作为通用I/O口接口时,第二功能输出线为高电平.P3口置1时,内部上拉电阻将端口电位拉到高电平,作输入口使用；在对内部Flash法式存储器编程时,此端接控制信息[5].P3口的第二功能,如表3.1所示[5].表3.1 P3口第二功能表（5）其它控制或复用引脚（a）ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输出端.在访问片外存储器时,ALE（地址锁存允许）以每机器周期两次进行信号输出,其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址；在不访问片外存储器的时候,ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6),而在访问片外数据存储器时,ALE脉冲会跳空一个,此时是不成以做为时钟输出[5].对片内含有EPROM的机型在编程时,这个引脚用于输入编程脉冲/PROG的输入端[5].（b）/PSEN（29脚）：片外法式存储器读选通信号输出端,低电平时有效.当89S51从外部法式存储器取指令或常数时,每个机器周期内输出2个脉冲即两次有效,以通过数据总线P0口读回指令或常数.但在访问片外数据存储器时,/PSEN将不会有脉冲输出[5].（c）/EA/Vpp（31脚）：/EA为片外法式存储器访选用端.当该引脚访问片外法式存储器时,应该输入的是低电平,要使89S51只访问片外法式存储器,这时该引脚必需坚持低电平；而在对Flash存储器编程时,用于施加Vpp编程电压[5].3.1.3单片机最小系统单片机最小系统是其他拓展系统的最基本的基础,单片机最小系统是指一个真正可用的单片机最小配置系统即单片机能工作的系统.对80S51单片机,由于片内已经自带有了法式存储器,所以只要单片机外接时钟电路和复位电路就可以组成了单片机的最小系统了.单片机的最小系统如图3.4所示.图3.4 单片机最小系统原理图3.2 超声波发射和接收电路设计超声波是一种振动频率超越20 kHz的机械波,它可以沿直线方向传布,而且传布的方向性好,传布的距离也较远,在介质中传布时遇到障碍物在入射到它的反射面上就会发生反射波[6].由于超声波的以上几个特点,所以超声波被广泛地应用于物体距离的丈量、厚度等方面[6].而且,超声波的丈量是一种比力理想的的非接触式的测距方法[6].当进行距离的丈量时,由装置在同一水平线上的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收,而且同时启动按时器进行计数[7].首先由超声波发射探头向倒车的方向发射超声波并同时启动按时器计时,超声波在空气中传布的途中一旦遇到障碍物后就会被反射回来,当接收探头收到反射波后就会给负脉冲到单片机使其立刻停止计时[6.7].这样,按时器就能够准确的记录下了超声波发射点至障碍物之间往返传布所用的时间t（s）[7].由于在常温下超声波在空气中的传布速度年夜约为340m/s[7],所以障碍物到发射探头之间的距离为：S=340×t/2=170×t因为单片机内部按时器的计时实际上就是对机器周期T的计数,而本设计中时钟频率fosc取12MHz,设计数值N,则：T＝12/f osc=1μst=N×T＝N×0.000001（s）S＝170×N×T＝170×N/1000000（m）在法式中按式S＝170×N×T＝170×N/1000000计算距离.3.2.1 超声波发射电路设计超声波发射电路是由超声波探头和超声波放年夜器组成.超声波探头将电信号转换为机械波发射出去,而单片机所发生的40 kHz的方波脉冲需要进行放年夜才华将超声波探头驱动将超声波发射出去,所以发射驱动实际上就是一个信号的放年夜电路,本设计选用74LS04芯片进行信号放年夜,超声波发射电路如图3.5所示.图3.5 超声波发射电路。
超声波测距
2.3 超声波测距原理和方法超声波测距方法从原理上可分为共振式、脉冲反射式[4]两种。
由于共振法的应用要求复杂，一般采用脉冲反射式。
超声波测距原理是通过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（也有发射后开始计时，看各种情况不同运用方式），超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时（也有在接到最后一个返回波后停止计时，看设计者出发点而定）。
图2-6 超声波测距原理图在已知超声波在空气中的传播速度为V 的前提下，利用：12S VT = （2-1）即可计算得传感器与反射点之间的距离S ，测量距离：22()2hd s =- （2-2）当S>>h 时，则d ≈S ，即根据计时器记录的测出发射与接收回波的时间差T ，就可以计算出发射点距障碍物的距离S ，即：12d VT = （2-3）这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波，其声速V 与温度有关，附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，则应通过温度补偿法加以校正。
以下给出声速与温度的关系表2-1：表2-1 声速与温度的关系表温度/℃ -30 -20 -1 声速:m/s3338344350386声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离，这就是超声波测距原理。
在理想状态下的超声波测距原理如图2-7所示：图2-7 理想状态下的超声波测距原理2.4系统涉及的主要参数2.4.1传感器的指向角传感器的指向角是声束半功率点的夹角，是影响测距的一个重要技术参数，记为θ，它直接影响测量的分辨率。
对圆片传感器来说，它的大小与工作波长λ，传感器半径r 有关。
由：（2π/λ）* r *sin （θ/2）=1.615 （2-4）当040f kHz =时，λ=C/0f =8.5mm 。
当0f 选定后，指向角θ近似与传感器半径成反比。
用51单片机设计超声波测距系统的设计原理及电路(附源程序)
基于51单片机的超声波测距仪说明书引言超声波测距仪，可应用于汽车倒车、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。
利用超声波指向性强，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。
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。
一、性能要求该超声波测距仪，要求测量范围在0.08-3.00m，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。
二、工作原理及方案论证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。
用超声波传感器产生超声波和接收超声波，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.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（timeofflight）。
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。
根据要求并综合各方面因素，采用AT89C52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，超声波测距仪的系统框图如下图所示：图1 超声波测距仪系统设计框图三、系统硬件部分硬件部分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。
1.单片机系统及显示电路单片机采用AT89C52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P1.1引脚发射脉冲控制超声波的发送，然后单片机不停的检测外中断0口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。
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三极管驱动。
超声波测距
超声测距大致有以下方法：① 取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；② 测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=1／2vt。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。
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。
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331.45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。
超声波测距学习板采用STC89C51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K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,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS245,位码用8550驱动.超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2- X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，超声波测距器的系统框图如下图所示：硬件部分超声波测距学习板采用STC89C51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K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,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动.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STC89C51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。
超声波传感器测量距离
一、超声波测距原理超声波测距原理是通过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时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。
超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即: S = v·△t /2 ①这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1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。
常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。
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（本系统正是采用了温度补偿的方法）。
已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：V = 331.45 + 0.607T ②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。
二、系统硬件电路设计图2 超声波测距仪系统框图基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。
该系统由单片机定时器产生40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。
单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。
工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。
当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。
下面分别介绍各部分电路：1 、超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。
双频超声波测距系统原理及框图
双频超声波测距系统双频超声波测距:本设计使用的方法是发射二个频率不同的猝发声波，测定与这二个猝发声对应的回波信号的相位，根据所测相位进行测距的一种高精度的超声波测距方法 本方法同时使用二个回波的相位以及包络信息，排除了以2 为周期的相位上的不确定性.基本原理是使用两个不同频率的波形的发射与接收波的相位差的差的变化函数来代替单个频率的波形相位差的变化,如下式x φφφ=-1'1y φφφ=-2'2式中,21φφ和为两种频率波形的初始相位.'2'1φφ和 为两种频率接收波形的相位)(y x A φφ-为两种频率波形相位差的差的变化函数.这样做的好处是,既有使用高频率超声波的良好的方向性与反射性,同时由于)(y x A φφ-的周期相对于单个波形的相位差变化函数的周期更大,这样能增大相位差对距离的细分尺度,从而得到更精确的测量结果双频超声波测距系统框图如下图所示(图1)双频超声波测距系统框图设计思路:基于以上双频超声波测距原理,本系统设计的思路是采用两个相对独立的相位法测距电路,分别比较出两个不同频率的波形的相位差,然后将两个相位差提供给MCU,由MCU 中事发射探头先写入的程序来计算出两种波形相位差的差,为了得到所测距离L 的大概值,解决相位法中的π2解的不确定性,会需要用到单片机中的定时器.另外,显示部分也是由mcu 来完成. 由于整个过程并没有过大的运算量,基于经济性和易用性考虑,单片机选用AT89C52单片机.在接收部分中,由接收探头接收的波形经过前置放大后,经由滤波器滤波,使用的滤波器选用MAX275.当为了改变量程而改变超声波的频率时,由于MAX275组成不同的滤波器需要不同的外接电阻,所以若需要实现较大的量程覆盖,可能需要一组以上的MAX275组成不同的滤波器实现滤波.在相位比较电路中,我的想法是把信号源输出的正弦信号和接收端得到的正弦信号分别转化为方波信号A 和B ,将A 、B 输入具有很强抗噪能力的异或门,如图所示。
自制不用单片机的超声波测距仪电路
自制不用单片机的超声波测距仪电路本超声波测距仪通过测量超声波发射到反射回来的时间差来测量与被测物体的距离。
可以测量0.35-10m的距离。
本款是国外不使用单片机的超声波测距仪。
实物图如下：一、电路原理原理图如下：1 超声波发射电路由两块555集成电路组成。
IC1（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下，实际电路中由于元器件等误差，会有一些差别。
条件: RA =9.1MΩ、RB=150KΩ、C=0.01μFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 150 x 103 x 0.01 x 10-6 = 1 msecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 9250 x 103 x 0.01 x 10-6 = 64 msecIC2组成超声波载波信号发生器。
由IC1输出的脉冲信号控制，输出1ms频率40kHz，占空比50％的脉冲，停止64ms。
计算公式如下：条件: RA =1.5KΩ、RB=15KΩ、C=1000pFTL = 0.69 x RB x C= 0.69 x 15 x 103 x 1000 x 10-12 = 10μsecTH = 0.69 x (RA + RB) x C= 0.69 x 16.5 x 103 x 1000 x 10-12 = 11μsecf = 1/(TL + TH)= 1/((10.35 + 11.39) x 10-6) = 46.0 KHzIC3（CD4069）组成超声波发射头驱动电路。
2 超声波接收电路超声波接收头和IC4组成超声波信号的检测和放大。
反射回来的超声波信号经IC4的2级放大1000倍（60dB），第1级放大100倍（40dB），第2级放大10倍（20dB）。
由于一般的运算放大器需要正、负对称电源，而该装置电源用的是单电源（9V）供电，为保证其可靠工作，这里用R10和R11进行分压，这时在IC4的同相端有4.5V的中点电压，这样可以保证放大的交流信号的质量，不至于产生信号失真。
超声波测距(高度定位控制和测量系统)3图俱全
目录摘要 (2)第一章系统总体设计方案 (4)1.1 超声波测距原理 (4)1.2 超声波测距系统 (4)第二章系统的硬件设计 (5)2.1 超声波发生电路 (5)2.2 超声波接收电路 (6)2.3 温度的补偿 (8)2.4 LED动态显示电路 (8)第三章系统软件设计 (9)3.1 主程序结构 (10)3.2 中断程序结构 (11)3.3回波接收程序 (11)第四章误差分析 (12)4.1.时间误差 (12)4.2.超声波传播速度误差 (12)第五章调试 (12)第六章整机原件清单 (13)第七章总结 (13)7.1设计任务完成情况 (13)7.2 心得体会 (14)参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (17)附录三 (18)摘要高度定位控制和测量系统也就是我们常说的超声波测距。
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。
而电子技术及压电陶瓷材料的发展，使高度定位控制和测量系统得到了迅速的发展。
超声测距是一种非接触式的检测技术。
与其它方法相比，它不受光线、被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。
因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。
特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。
关键字：传感器、测距、测量系统、设计、高度定位PICKHighly positioning control and measurement system is also we often say the ultrasonic ranging. Due to the strong, the energy consumption of ultrasonic directivity slowly in the medium of communication, distance, and is often used to measure the distance of ultrasonic, such as rangefinder and material level measurement instrument etc can all through the ultrasonic. And electronic technology and the development of piezoelectric ceramic materials, high positioning control and measuring systems have been developed rapidly.Ultrasonic ranging is a non-contact detection technologies. Compared with other methods, it is light and darkness, the analyte in dust, smoke, electromagnetic interference, toxic etc harsh environments have certain ability to adapt. Therefore, in robot control level measurement, vehicle navigation, automatic object recognition is widely used. Especially the application in the air, the air velocity range due to low, the echo signal along the direction of propagation of contains information on the structure, very easily with high resolution, and its accuracy is higher than other methods for, And the ultrasonic sensor has simple structure, small volume, the characteristic such as being reliable signal processing.Key words: sensor, and measurement system, the design, the high position第一章系统总体设计方案1.1 超声波测距原理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，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。