基于51单片机超声波测距仪的设1

基于51单片机超声波测距仪的设计摘要：由于现代声场要求，人们发现需要实现无接触式的生产测距，而超声波测距仪是一种性能良好的测距方式，主要应用于倒车雷达、工地以及一些工业现场，本文设计了一种以AT89c51单片机为核心的低成本、高精度化、微型化LED显示超声波测距仪，并使用一些常用芯片如：74ls04等。

系统由单片机、超声波发射电路、超声波接收电路以及显示电路构成。

由芯片AT89c51控制计算超声波从发射到接收的传送时间，从而得到待测距离。

本系统具有易检测、软件功能完善、工作可靠、准确度高等优点。

本文论述了单片机技术研制成功的超声波测距仪的基本原理，测量计算方法，实现方案。

采用软件校正，提高了测量精度和整机的可靠性。

实际使用表明，极大的提高了安全性、可靠性和准确度。

关键词：测距仪;超声波；传感器；单片机摘要************************************************************************** 第一章概述1.1 设计的思路**********************************************************1.2 设计的重点与难点****************************************************第二章超声波的剧的原理******************************************************2.1超声波的介绍*********************************************************2.1.1 什么是超声波************************************************** 2.1.2 超声波德特性与特点******************************************** 2.1.3 超声波的应用************************************************** 2.2 超声波测距仪的原理*************************************************** 2.2．1超声波发生器************************************************** 2.2.2压电式超声波发生器的原理*************************************** 2.2.3 超声波测距的原理********************************************** 第三章系统设计**************************************************************3.1 系统设计************************************************************** 3.2 芯片AT89C51介绍****************************************************** 3.2.1 AT89C51单片机的概述******************************************** 3.3 传感器的选取********************************************************** 3．3.1 传感器的定义与作用********************************************* 3.3.2 传感器的特性**************************************************** 3.3.3 传感器的选用**************************************************** 3.4 系统硬件电路设计****************************************************** 3.5 测距显示电路设计****************************************************** 3.6超声波发射电路的设计************************************************** 3.7 超声波接收电路的设计************************************************* 3.8 探测电路的设计******************************************************** 第四章系统测试*****************************************************************4.1 软硬件的调试********************************************************* 4.2 仪器精度分析及如何提高超声波测距精度******************************** 总结**************************************************************************** 参考文献************************************************************************ 附录1 硬件电路**************************************************************** 附录2 程序********************************************************************第一章概述1.1 设计的思路本系统的设计思想是采用以AT89c51单片机为核心，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。

超声波测距可测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在LED 上显示出来。

当然还可以设置若干个键，以用来控制电路的工作状态。

限制的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度，反射面得质地，反射面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。

根据设计要求并综合各方面因素，采用AT89c51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED 数字显示，超声波驱动信号可以用单片机的定时器和计数器来完成。

1.2 设计的重点与难点本设计的任务是设计一个超声波测距仪，可以应用于很多场合。

要求测量范围在0.1-5.0m，测量精度1cm，测量时于被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，能够手工设定报警量值。

系统组成的设计：各部分硬件的选取很有讲究，要十分合理。

设计的难点是：1 超声波信号的就收，发射的设计2 显示电路的设计3 流程图以程序的设计第二章2.1 超声波的介绍2.1.1 什么是超声波声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。

所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。

譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。

超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。

超声和可闻体质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在 2∽5兆Hz之间，常用为3∽3.5兆Hz（每秒振动1次为1Hz，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在16－20，000HZ 之间）。

超声波是声波大家族中的一员。

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，必须产生超声波和接收超声波。

完成这种高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。

2.1.2 超声波具有如下特性：1超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。

2超声波可传递很强的能量。

3超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

4超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。

超声波是声波大家族中的一员。

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。

所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。

譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。

超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。

超声波的特点1超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。

2超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。

3超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息。

超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构。

2.1.3超声波德应用超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。

在机器人作为一种能代替人工作业的智能机器，有着广泛的应用前景的前提下，其关键技术取决于机器人失却系统设计的精确于否。

超声波传感器以其价格低廉、硬件容易实现的优点，被广泛用用作测距传感器，实现定位以及环境建模。

超声波测距作为辅助视觉系统与其它视觉系统（如CCD图像传感器）配合使用，可实现整个视觉功能，具有自动探测前方障碍物、自动减速或刹车的功能，是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行驶辅助装置。

日本、美国和欧洲等各大汽车公司都已投入了相当的人力、物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全预警系统，包括毫米雷达、CCD摄像机、GPS、和高档微机等。

2.2超声波测距的原理2.2.1 超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。

总体上讲，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。

电气方式包括电压型、磁致伸缩型和电动型等：机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。