基于51单片机超声波测距仪设计

基于51单片机超声波测距仪设计

系别：电子信息工程系

班级：电信四班

小组成员：施鹏 1512220405

磨国强 1512220407

胡广富 1512220430

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桂林电子科技大学职业技术学院

摘要

超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。

系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路，另外还有复位电路和LED控制电路等。我采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波测距的功能。软件程序主要由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。它控制单片机进行数据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在LED上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。

关键词： AT89C51 超声波测距

1绪论 ................................................... 错误!未定义书签。

1.1 设计背景............................................. 错误!未定义书签。

2 电路总体设计方案 (2)

2.1 电路总体框图 (2)

3单片机概述 (3)

3.1 AT89C51单片机主要性能 (3)

3.2 AT89C51内部组成 (3)

4超声波概述.............................................. 错误!未定义书签。

4.1 超声波传感器介绍.................................... 错误!未定义书签。

4.2 超声波时序图........................................ 错误!未定义书签。

4.3 超声波测距原理...................................... 错误!未定义书签。

5 硬件设计 (6)

5.1 硬件设计原理图 (6)

5.2 复位电路 (6)

5.3 晶振电路 (7)

5.4 LED数码管显示电路 (7)

6 软件设计 (8)

6.1 程序设计流程图 (8)

6.2 程序源代码 (9)

7 总结 (12)

7.1 设计总结 (12)

致谢 (13)

参考文献 (14)

1.1设计背景及重要意义

近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。

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电路总体方案

2.1电路总体框图

电路总体框图包括51单片机最小系统，HC-SR04超声波测距模块，LED数码管显示电路，蜂鸣器报警电路和按键电路。

图2.1 电路基本框图数码管显示蜂鸣器报警按键设置

驱动

超声波测距模块STC89C51

5V直流稳压电源

3.1 STC89C51主要性能

STC89C51 是STC公司推出的一款超强抗干扰，加密性强，在线可编程，高速，低功耗CMOS 8位单片机。片内含 4k bytes 的可反复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS－51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的STC89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

3.2 STC89C51内部组成

STC89C51单片机的框图如图3.2所示，各功能部件由内部总线连接在一起。

图3.2 STC89C51单片机框图