超声波传感器的设计与应用
超声波传感器的设计与应用
超声波传感器的设计与应用超声波传感器是一种能够使用超声波来检测、测量和感应物体的设备。
它通过发射超声波并接收其反射信号来确定物体的位置、距离和形状等信息。
超声波传感器具有精度高、反应快、无损检测等特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
超声波传感器的设计主要包括传感器模块的选择和电路设计两个方面。
传感器模块通常由超声波发射器和接收器组成，发射器产生超声波信号，而接收器接收超声波的反射信号。
在模块选择时，需要考虑到工作频率、工作距离、角度范围、解析度、功耗等因素。
对于不同的应用场景，需要选择适合的传感器模块。
在电路设计方面，超声波传感器通常需要一定的信号处理电路来提取出物体反射的超声波信号。
常用的信号处理电路包括放大电路、滤波电路和模数转换电路等。
放大电路可以增强传感器模块接收到的超声波信号，提高传感器的灵敏度。
滤波电路可以滤除噪声和干扰信号，提高传感器的信噪比。
模数转换电路可以将模拟信号转换为数字信号，便于后续处理和分析。
1.距离测量：超声波传感器可以测量物体与传感器之间的距离，例如测量停车场停车位的空余情况，或者测量液位传感器中液体的高度等。
2.避障与导航：超声波传感器可以用于机器人、车辆等设备的避障与导航，通过检测前方障碍物的距离和位置，实现自动避障和导航功能。
3.物体检测与定位：超声波传感器可以用于检测物体的存在和位置，例如在自动售货机中检测货物是否准备就绪，或者在工业生产中定位物体的位置等。
4.流量检测与控制：超声波传感器可以用于测量流体的流速和流量，例如在水处理设备中测量供水管道中的水流量，或者在油气管道中测量油气的流速等。
5.目标追踪与监控：超声波传感器可以用于追踪和监控目标的位置和活动，例如在安防系统中监控人员和车辆的活动，或者在无人机中实现目标跟踪和拍摄等。
综上所述，超声波传感器的设计与应用是一个多领域的综合应用，不仅需要合理选择传感器模块，还需要设计合适的电路和信号处理方法。
通过合理设计和应用，超声波传感器可以在很多领域实现快速、准确的检测和测量。
超声波传感器技术的研究与应用
超声波传感器技术的研究与应用近年来，人们生活水平的提高，科技的不断发展，让我们的生活更加便捷和舒适。
其中，超声波传感器技术的研究与应用就是其中一个关键的因素。
一、超声波传感器技术的概述超声波传感器是一种广泛应用于物体检测和测距的技术，主要是通过超声波来实现测量。
其基本原理是：当超声波遇到障碍物时，会发生反射，并返回传感器。
传感器会测量反射回来的时间，并根据时间来计算距离。
因此，超声波传感器可以应用于多种场合，例如测量距离、检测物体是否存在等。
超声波传感器技术的应用非常广泛，其中最常见的就是汽车后方雷达探测器。
它可以帮助行车者更好地了解后方的情况，避免发生事故。
此外，超声波传感器还可以应用于医疗设备、机器人、空调等电器的运行控制等。
可以说，超声波传感器技术已经深入到我们生活的方方面面。
二、超声波传感器技术的优点相比其他测量方式，超声波传感器技术具有以下几个优点：1.高频信号：超声波传感器可在高频信号下工作，这意味着可以对极小的物体进行测量。
2.不受环境影响：超声波传感器可以在各种环境下使用，包括水和空气中。
3.非侵入性：传感器不需要直接接触被测物体，这有效地避免了污染和损坏。
三、超声波传感器技术的研究进展虽然超声波传感器技术已经广泛应用，但是仍有很多方面需要进一步的研究。
以下是几个超声波传感器技术方面的研究进展：1.传感器的选择：超声波传感器的选择关系到设备的准确测量和检测，因此如何选择最适合的传感器是一个值得研究的问题。
2.信号处理：超声波传感器的工作过程中需要进行信号处理，以最小化背景噪声的影响。
因此，如何优化信号处理是一个研究的重点。
3.电源：超声波传感器需要稳定的电源，但是其功耗却是一个不容忽视的问题。
如何在保证稳定电源的同时，尽可能的降低功耗是一个值得探讨的问题。
四、超声波传感器技术的未来发展从目前的研究进展，可以看出超声波传感器技术仍有很大的发展空间。
以下是未来超声波传感器技术的几个发展趋势：1.更高的精度：随着各种行业对精度的要求越来越高，超声波传感器技术也需要不断的改进来提高其精度。
超声波传感器的原理和应用
超声波传感器的原理和应用1. 引言超声波传感器是一种常见的非接触式传感器，广泛应用于工业、生活等领域。
本文将介绍超声波传感器的原理、工作方式以及其应用场景。
2. 原理超声波传感器利用超声波在介质中的传播和反射原理，测量物体与传感器之间的距离。
其工作原理主要包括发送超声波信号和接收反射信号两个过程。
3. 工作方式超声波传感器一般由发射器、接收器和信号处理电路组成。
其工作方式如下：•发射器将电信号转化为超声波信号并发送出去。
•超声波信号在空气或其他介质中传播，当遇到物体时，一部分超声波被物体表面反射，回到传感器。
•接收器接收到反射的超声波信号，并转换为电信号。
•信号处理电路对接收到的电信号进行放大、滤波和计算，得到物体与传感器之间的距离。
4. 应用场景超声波传感器具有以下几个主要应用场景：4.1 测距超声波传感器广泛应用于测量物体与传感器之间的距离。
由于超声波的传播速度快，测距精度高，因此被广泛应用于自动化生产线、无人机导航、智能车辆等领域。
4.2 障碍检测超声波传感器可以用于障碍检测。
通过测量物体与传感器之间的距离，可以判断是否有障碍物存在。
这种应用在无人车、智能家居等领域具有重要意义。
4.3 液位控制超声波传感器可以用于液位控制。
通过测量液体与传感器之间的距离，可以实时监测液体的液位，用于工业生产中的液位控制，例如油罐、水箱等。
4.4 声纳定位超声波传感器可以用于声纳定位。
通过测量声波在水中的传播时间，可以计算出声源与传感器之间的距离，从而实现声纳定位。
这种应用在海洋探测、无线通信等领域具有重要地位。
4.5 动作检测超声波传感器可以用于动作检测。
通过测量移动物体与传感器之间的距离变化，可以判断物体的运动状态，广泛应用于安防系统、智能家居等领域。
5. 总结超声波传感器利用超声波的传播和反射原理，实现了对物体与传感器之间距离的测量。
它具有测距精度高、非接触式等特点，广泛应用于工业、生活等领域。
随着科技的不断进步，超声波传感器在更多领域将发挥重要作用。
超声波传感器及应用
超声波传感器及应用我要打印我要留言查看留言文章来源：中国功率超声网添加人：admin 添加时间：2006-6-23 16:11:45来自：转载原理简述：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
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。
小功率超声探头多作探测作用。
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。
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是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
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产生失效。
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；反之，灵敏度低。
结构与工作原理当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。
另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。
超声波传感器的应用及技术原理介绍
超声波传感器的应用及技术原理介绍超声波传感器是一种重要的传感器，被广泛应用于测距、检测障碍、测流等领域。
本文将介绍超声波传感器的应用及技术原理。
一、超声波传感器的基本原理超声波传感器利用声波在介质中的传播特性，通过发射超声波并接收反射回来的波来实现对目标的探测和测量。
它的基本结构包括超声波发射器、接收器和信号处理电路。
超声波发射器产生高频声波，经过透镜聚焦，形成一个声波束，照射到目标上。
目标表面会反射一部分声能，这些反射声波被接收器接收，并转化为电信号。
信号处理电路将接收到的信号进行放大、滤波、数字化等操作，最终输出距离、速度、流量等物理量。
二、超声波传感器的应用1. 距离测量超声波传感器可以测量距离，特别是在避障、机器人导航等领域得到了广泛应用。
通过计算发射和接收时间差，可以估算目标距离，实现精确的距离测量。
2. 检测障碍超声波传感器也常用于检测障碍。
在汽车中应用，可以实现自动泊车、避免碰撞等功能。
在工业生产中，可以用于控制机器人、机械手臂等设备避开障碍物，提高生产效率。
3. 测流超声波传感器还可应用于测流量，适用于液体和气体的流量测量。
它不会对被测介质产生压力和阻力，而且不受温度、粘度等因素的影响。
因此，被广泛应用于化工、水利、能源等行业。
三、超声波传感器的技术原理1. 超声波的传播特性超声波传感器利用的是声波在介质中的传播特性。
声波在介质中传播的速度和密度有关，通常情况下，介质密度越大，声波传播速度越快。
因此，在水中传播的声波速度显著高于空气中的声波速度。
2. 聚焦技术聚焦是超声波传感器技术的重要组成部分，它能够将声波束集中在一个小区域内，提高能量密度，增加返回信号的强度。
可以通过聚焦透镜、聚焦阵列等方式实现，这些聚焦元器件能够控制声波的传播方向和形状，提高信号的质量和可靠性。
3. 多普勒效应在测量物体速度时，超声波信号被发射向物体，并反弹回来，测量时间差就可以估算物体移动的距离和速度。
为了进一步提高速度测量的精度，可以利用多普勒效应，通过检测回波频率的变化来计算物体的速度。
超声波传感器及其应用
超声波传感器及其应用
超声波传感器是一种利用超声波进行距离测量和物体检测的无接触式传感器。
它通过
发射超声波脉冲，测量其传播时间，从而计算出目标物体与传感器的距离。
超声波传感器
具有精度高、反应快、安装方便等特点，因此在各行各业都有广泛的应用。
超声波传感器主要应用于以下几个领域：
1.自动测距：超声波传感器可以测量目标物体与传感器之间的距离，精度高达毫米级。
它可以应用于自动化领域，例如机器人导航、自动驾驶车辆的避障等。
2.智能家居：超声波传感器可以用于监测室内环境。
可以用来测量水位，实现自动排
水功能；也可以测量空气质量，实现室内空气净化。
3.安防监控：超声波传感器可以用于建筑物的安防监控。
它可以监测墙壁的振动，检
测是否有人敲击或攀爬，进一步保护建筑物的安全。
4.车辆安全：超声波传感器可以在车辆上安装，用于检测车辆周围的障碍物。
当车辆
靠近障碍物时，传感器会发出警示信号，避免车辆碰撞。
5.无人机：超声波传感器可以用于无人机的高度测量和避障。
通过测量无人机与地面
的距离，实现精准的悬停和自动避障功能。
6.工业自动化：超声波传感器可以用于工业生产线上的物体定位和检测。
可以通过测
量物体与传感器之间的距离，判断物体是否到达正确的位置。
超声波传感器具有广泛的应用前景，可以满足不同行业的需求，提高工作效率和安全性。
随着技术的不断进步，超声波传感器的应用领域还将继续扩大。
超声波传感器的设计与开发
超声波传感器的设计与开发超声波传感器是一种最常见的无线传感器，它可以被广泛应用于不同行业和领域中，例如医疗、汽车、机器人、工业、物流等等。
在这篇文章中，我们将探索超声波传感器的设计与开发，包括其原理、优势和限制、应用案例和未来趋势。
一、超声波传感器的原理超声波传感器是一种利用声音波长决定距离进行物体测距的技术。
它通过将超声波发射至目标区域或物体，测量声波的回声时间差来计算距离。
其原理类似于蝙蝠依靠声纳感知物体。
超声波传感器的工作原理基于以下一些关键组件：1. 发射器：通过发射频率为40kHz至200kHz的超声波脉冲。
2. 接收器：接受反射回来的声波并将其转换为电信号。
3. 时间计算器：计算声波的传播时间，通常以微秒计算。
4. 控制电路：控制发射器和接收器的运行和同步。
二、超声波传感器的优势和限制与其他传感器技术相比，超声波传感器有着一些优势和限制。
优势：1. 精度高：超声波传感器的距离测量可达到0.1mm左右的高精度。
2. 非接触：可以在不接触物体的情况下测量距离和位置。
3. 适用性广：适用于测量各种形状和物质的物体。
限制：1. 受环境影响：超声波传感器在声波传播和反射方面受到环境因素的影响，如温度、湿度、气压等。
2. 通常只适用于短距离测量：通常只能在一定距离内进行测量，超过一定距离距离的信号会被削弱或丧失。
3. 反射需求：超声波传感器测量距离和位置需要物体表面有明显的反射信号。
三、超声波传感器的应用案例超声波传感器已被广泛应用于不同行业和领域中，以下是一些应用案例：1. 医疗：用于测量心脏、血管等的运动、压力和速度等。
2. 汽车：用于停车辅助和应急制动系统中。
3. 机器人：用于测量机器人周围物体的距离和位置，以防止机器人碰撞障碍物。
4. 工业：用于测量物体和槽内液体的距离和位移。
5. 物流：用于测量货物在仓库中的位置和距离。
四、超声波传感器的未来趋势超声波传感器的应用前景广阔，未来发展趋势如下：1. 精度和速度的提高：随着技术的不断发展，超声波传感器在精度和速度方面将会得到进一步提高。
超声波传感器的原理及应用
超声波传感器的原理及应用超声波传感器是一种能够利用超声波进行测距和检测的设备，具有高精度、非接触、响应快等特点。
其工作原理是利用声音在介质中传播的特性进行测量。
下面将详细介绍超声波传感器的工作原理和应用。
超声波传感器的工作原理可以分为三个步骤：发射超声波、接收超声波和信号处理。
首先，超声波传感器通过振荡器将电能转化为声能，发射超声波。
超声波在空气中以声波的形式传播，穿过空气中的介质直到遇到障碍物。
当超声波遇到障碍物时，一部分超声波会被反射回传感器，传感器的接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过测量从发射到接收所需的时间，可以计算出超声波传播的路径长度。
最后，传感器将接收到的信号经过放大和滤波处理后，将距离信息通过电信号的形式输出。
超声波传感器具有广泛的应用领域。
其最常见的应用是测距。
超声波传感器可以测量与障碍物之间的距离，因此广泛应用于地图制作、机器人导航、自动驾驶等领域。
在这些应用中，超声波传感器可以帮助设备感知周围环境，并做出相应的决策。
例如，在自动驾驶领域，车辆通过超声波传感器可以检测到前方障碍物的距离，从而实现避障和自动刹车等功能。
此外，超声波传感器还可以应用于流量测量。
超声波传感器可以通过测量液体或气体中声波的传播速度，并结合管道的几何参数，计算出流体的流速。
这种应用广泛用于工业过程控制、石油化工、环境监测等领域。
另外，超声波传感器还可以应用于液位测量。
由于超声波的能量可以穿透液体，传感器可以通过测量从发射到接收的时间，计算出液体的液位高度。
这种应用广泛用于储罐、水池、井坑等液体容器的液位监测和控制。
另一个常见的应用是超声波传感器在夜视设备和安防系统中的应用。
超声波传感器可以通过检测被监控区域内的物体的运动，来实现警报和报警功能。
例如，当有人接近某个区域时，超声波传感器会发射超声波，如果检测到超声波的反射信号发生变化，那么系统会触发报警。
综上所述，超声波传感器是一种重要的测距和检测设备，其工作原理基于超声波在介质中传播的特性。
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传感器课程设计（2010级）题目：超声波传感器的设计与应用学员：xxx 学号：201003011020 学员：xxx 学号：201003011027 学员：xxx 学号：201003011003xxx二〇一三年九月目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介.....................................................................................1.1超声波传感器是什么 (2)1.2超声波传感器应用前景 (2)第二章超声波传感器设计 (3)2.1 设计目标描述 (3)2.2 设计指标 (3)2.3 传感器结构概述 (4)2.4 传感器设计原理 (4)2.4.1 物理部分设计 (4)2.4.2 电路部分设计 (7)第三章硬件设计 (8)3.1 单片机设计 (8)3.2 传感器设计 (11)3.3 单片机与传感器连接 (12)第四章软件设计 (13)4.1 总体设计思路 (13)4.2 软件程序 (13)第五章测试结果与分析 (21)第六章结论 (22)参考文献 (24)第一章超声波传感器的设计1.1超声波传感器是什么超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
1.2超声波传感器应用前景随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。
在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。
传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。
随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。
第二章超声波传感器设计2.1设计目标描述此次，我们所设计的超声波传感器预计将应用在日常生活中一些电子产品之中。
所以，我们所设计的超声波传感器很多相应的指标，要求不会很高。
从而相应降低成本。
而在体积方面也不是特别小。
2.2设计指标工作电压：DC 5 V工作电流：15 mA工作频率：40 Hz工作温度：-10~+70℃工作频率：40kHz最远射程：4 m最近射程：2 cm测量角度：15度输入触发信号：10 us的T TL脉冲输出反馈信号：与射程成比例的T TL输出信号2.3 传感器结构概述如图2-3所示，我们所设计的超声波传感器的结构主要部分是一个锥形振子和双压电陶瓷晶片。
当压电陶瓷晶片的两极外加电压脉冲信号时，压电晶片利用逆压电效应产生振动。
当脉冲信号的频率等于压电晶片的固有频率时，将产生共振效应，从而产生超声波。
超声波以疏密形式传播传给接收器。
接受器中的压电晶片也会相应振动，利用压电效应产生电信号。
实际上这种变化的电信号是很小的，因此要用放大电路去放大。
2.4 传感器设计原理2.4.1物理部分设计压电材料是超声波传感器的关键部分，现在市场较多使用压电陶瓷作为超声波传感器的敏感原件。
那么，压电陶瓷的振动模式和它的具体材料将决定超声波的谐振频率。
由于我们所需的工作频率是40kHz，可选的震动模式有两种，一个是薄长条的长度伸缩振动模式，其振动的频率围是：15~200kHz；另一个是圆片厚度弯曲振动模式，其振动的频率围是：2~70kHz。
我们选择第二种，因为它的围更接近。
于是，有是谐振频率，是频率常数与材料有关，t是厚度，D是直径。
当把两个厚度相同，有电极的圆形压电陶瓷片粘连在一起时，可以产生弯曲振动，极化方向相反时，以串联方式接入电源，在电场激励下，整个陶瓷片就会产生厚度弯曲振动。
我们在下面的公式推导中，我们以矩形（正方形）模拟圆形。
对于薄板的小挠度弯曲振动其形变分量可表示为：其中，u为板的挠度。
则其压电方程可以简化为：其中，Ez及Dz为厚度方向的电场及电位移分量，和是弹性柔顺常数，是压电应变常数，为自由节点常数分量。
令称为机械耦合系数。
则：由(1)得为由产生的弯矩可表示计算此积分，将(3)代入(4)得到根据力矩平衡方程，在不计转动的情况下可得由此可得到矩形薄板绕y轴的弯曲振动方程由(7)可得矩形薄板绕y轴弯曲振动的位移分布程：移方程。
并最终得到共振频率的方当薄板压电陶瓷振子的材料，几何尺寸及振动模式给定后可得出关于频率的根。
我们所使用的材料是钛酸铅，其密度是7.7g/，居里温度是520℃，相对介电常数150，压电系数是-6.8，是56，弹性系数为7.8，品质因数是1300。
通过这些参数，推算出我们的传感器的直径大概为9.3mm，厚度约是0.7mm。
由此根据最开始的频率公式可以算出我们的压电振子的实际共振频率为38kHz。
物理部分我们从给出的条件开始，由材料所处运动状态求得材料尺寸，在由最初公式，得到实际频率是多少，来说明物理设计过程2.4.2电路设计部分压电元件在受到敏感轴向外力作用以后，会在电极表面产生不同极性的电荷，因此，他相当于一个电荷器，又相当于一个平板电容器，于是它就有两种等效电路，一种是电荷源等效电路，另一种是电压源等效电路。
如图2-4：压电式传感器相当于平板电容器，所以部阻抗很高，因此输出信号很小，不能直接显示和记录，需要进行阻抗变换和放大，所以测量电路的作用是：①阻抗变换器，将高阻抗变为低阻抗；②信号放大器，进行电压放大和电荷放大。
第三章硬件设计3.1单片机设计本次实验选择mini80E开发板，如图3-1：超声波传感器测距，利用了它如下的功能：（1）8个高亮数码管显示用于显示所测的距离，第二位为千位，依次第三位为百位，第四位为十位，第五位为个位。
数据的单位为cm，所测的距离在2-400cm之间。
（2）8个高亮发光二极管（跑马灯、指示灯、红绿灯）低电平时LED点亮，高电平时LED熄灭。
LED2为传感器的控制口，一直处于低电平状态，亮红灯。
实验用LED3-8指示距离的远近，当距离在0-40cm时，LED3点亮；当距离在40-80cm时，LED4点亮，同时其他灯熄灭；当距离在当距离在80-120cm时，LED5点亮，同时其他灯熄灭；以此类推，120-160cm时，LED6点亮；160-200cm时，LED7点亮；160-200cm时，LED8点亮。
（3）独立按键独立按键软件操作简单，主要检测按键连接的IO口是否为0，为0表示按键按下，实验利用按键完成数据的保持与重新测距功能。
当s2按下时，显示在数码管上的数据将保持不变，便于检测者记录数据；当s1按下时，传感器开始重新测距，并显示新的数据。
（4）定时器利用16位的定时器，实现时间的累加，利用发出超声波与接收的时间差来计算出所测的距离。
（5）STC12C5A60S2芯片STC12C5A60S2单片机具有如下特点1、具有电源指示；2、所以I/O口以引出；3、可以实现与电脑串口通信；4、可以实现双串口通讯；5、具有上电复位和手动复位；6、附带SD卡读写接口；7、支持STC串口下载；8、双串口通讯（注：只能使用串口一下载程序）；9、八路LED灯（注：可拔出短路帽，断开LED灯）；10、可端子接线供电、可排针引电；11、7805供电，输入电压围宽，且确保AD参考电压准确。
STC12C5A60S2单片机的工作电压为直流4.5~5.5伏（或者USB 供电）（6）标准的RS232通信接口（PC通信）RS232芯片用于电压转换，将电脑电平转换成T TL电平。
在开发板上我们主要使用了三根线，发送线TXD，接收线RXD，地线GND。
它主要用于基础的串口通信（使用串口调试程序进行调试），和STC单片机程序的在线下载。
（7）USB电源输入使用了USB将电脑与单片机相接，用于直流电源供电。
电压为5V。
3.2 传感器设计采用了HC-SR04超声波传感器，如图3-10：使用方法：工作时,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.3.3 单片机与传感器连接图3-9 USB电源输入实物图用了杜邦线，将传感器与单片机相连，一共四根线。
地线，电源线，控制线与接收线。
其中，定义P1.0口为控制线，控制传感器超声波的发射，P3.2口为接收线，用于接收遇到障碍物返回的超声波。
电源线与开发板的5v电源接口相连，地线与开发板的地线相连。
如图3-11图3-11 开发板接线图第四章软件设计4.1总体设计思路超声波测距的原理是借助于超声波脉冲回波渡越时间法来实现的。
因此，主要由定时器来完成时间的累加，将超声波的发射时间与被接收到的时间间隔得到并存放在寄存器中，再由公式计算出传感器到目标的距离，并显示在数码显示管上。
以下为总体设计框图：4.2 软件程序：//一线式超声波测距模组测试代码//MCU--- STC10F04XE//晶振:4M//说明:程序中我们读回测量的距离并通过六个LED灯来显示出来//2-40厘米蜂鸣器响第一个灯及数码管闪烁40-80厘米第二个灯亮//80-120厘米第三个灯亮120-160厘米第四个灯亮160-200厘米第五个灯亮//200-240厘米第六个灯亮#include<reg51.h>#include <intrins.H>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar distance_H0,distance_L0;unsigned char const dofly[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; // 显示段码值01234567unsigned char code seg[]={0,1,2,3,4,5,6,7}; //分别对应相应的数码管点亮,即位码//特殊寄存器定义sfr CLK_DIV =0x97;//STC MCU IO register define total waysfr P1M1= 0x91;sfr P1M0= 0x92;sfr P3M1= 0xB1;sfr P3M0= 0xB2;//IO口引脚说明sbit Trig0 =P1^0;sbit Echo0 =P3^2;sbit led1_4 =P1^1;sbit led4_8 =P1^2;sbit led8_12 =P1^3;sbit led12_16 =P1^4;sbit led16_20 =P1^5;sbit led20_24 =P1^6;sbit SPK=P1^1;void IO_inint(void);void sys_inint(void);void delay_nop(uint timer);void led_out(void);/*------------------------------------------------函数声明------------------------------------------------*/ void DelayUs2x(unsigned char t);//函数声明void DelayMs(unsigned char t);void IO_inint(void){CLK_DIV=0x02; //系统时钟四分之一分频P1M1= 0x00; //0000 0000P1M0= 0x1e; //0001 1110P1=0x00; //0000 0000P3M1= 0x04; //0000 0100P3M0= 0x00; //0000 0000}//定时中断初始化设定void sys_inint0(void){TMOD=0x01;TH0=0x00;TL0=0x00;TR0=0;IT0=1;EX0=1;EA=1;}// 延时子程序//------------------------------------------------ void delay(unsigned int cnt){while(--cnt);}//NOP延时void delay_nop(uint timer){while(timer--){_nop_();}}//外部中断0，用做判断回波电平void int0_routine0(void) interrupt 0{EX1=0;distance_H0 =TH0; //取出定时器0的值distance_L0 =TL0; //取出定时器0的值EX0=0; //关闭外部中断}void DelayUs2x(unsigned char t){while(--t);}//LED输出及数码管控制void led_out0(void){uint distance0;unsigned char i;int j;int display[5];distance0=distance_H0; //测量结果的高8位distance0<<=8; //放入16位的高8位distance0=distance0|distance_L0; //与低8位合并成为16位结果数据distance0*=4; //因为定时器为4分频distance0/=58; //一厘米就是58usfor(j=0;j<=100;j++){display[0]=distance0/1000;display[1]=(distance0%1000)/100;display[2]=(distance0%1000%100)/10;display[3]=distance0%10/1;for(i=0;i<=3;i++){P0=dofly[display[i]];//取显示数据，段码P2=seg[i+1]; //取位码delay(200); //扫描间隙延时，时间太长会闪烁，太短会造成重影}}if(distance0>=2&&distance0<=40)//测量距离在2到40厘米时,led2_4灯亮{led1_4=0;for(i=0;i<200;i++) //喇叭发声的时间循环，改变大小可以改变发声时间长短{delay(80); //参数决定发声的频率，估算值，可以自行更改参数并SPK=!SPK;}SPK=1; //喇叭停止工作，间歇的时间，可更改delay(2000);}else{led1_4=1;}if(distance0>40&&distance0<=80)//测量距离在40到80厘米时,led4_8灯亮{led4_8=0;}else{led4_8=1;}if(distance0>80&&distance0<=120)//测量距离在80到120厘米时,led8_12灯亮{led8_12=0;}else{led8_12=1;}if(distance0>120&&distance0<=160)//测量距离在120到160厘米时,led12_14灯亮{led12_16=0;}else{led12_16=1;}if(distance0>160&&distance0<=200)//测量距离在160到200厘米时,led16_20灯亮{led16_20=0;}else{led16_20=1;}if(distance0>200&&distance0<=240)//测量距离在200到240厘米时,led20_24灯亮{led20_24=0;}else{led20_24=1;}}void DelayMs(unsigned char t){while(t--){DelayUs2x(245); //大致延时1mS DelayUs2x(245);}}//系统主程序void main(void){IO_inint();sys_inint0();while(1){Trig0=1;delay_nop(20);Trig0=0;while(!Echo0);TR0=1; //启动定时器0EX0=1; //打开外部中断1while(TH0<40);TR0=0; //关闭定时器1TH0=0; //定时器1清零TL0=0; //定时器1清零led_out0();}}第五章测试结果与分析如表6-1，我们用超声波传感器测了距离，并记录下了实验现象：表6-1实验分析：LED灯是用来表示距离的远近的，程序设计每隔40cm换一个灯亮；并且设计了一个蜂鸣器，间距在2-40cm也就是最短间距时，蜂鸣器响，用于表示警告。