毕业设计开题报告基于51单片机的超声波测距系统设计实现
基于单片机的超声波测距系统设计与实现
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现
基于单片机的超声波测距系统的设计与实
系统硬件设计 系统硬件设计框图
发射电路 STC89C51 接收电路
LCD电路 DS18B20电路 蜂鸣器 报警电路
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2.超声波发射电路
发射电路设计的主要目的是抬高输入到发射探头的电压 及 其功率。本系统用单片机P1.0发射一组方波脉冲信号， 其输出波形稳定可靠，但输出电流和输出功率很低，不能 够推动发射传感器发出足够强度的超声信号，所以在此间 加入一个单电源乙类互补对称功率放大电路。
2.了解如何用超声波进行距离测量 3.了解超声波测距应用领域及现状
4.学习用单片机设计一个超声波测距系统
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系统总体设计 本超声波测距系统是由以下六部分组成：
（1）单片机控制电路
（2）发射电路 （3）接收电路
（4）显示电路
（5）报警电路 （6）温度补偿电路
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4.LCD1602显示电路 LCD1602液晶显示屏具有小体积、低消耗、使用方便和 显示内容丰富等优点。比数码管更专业、美观。 5.蜂鸣器报警电路 由于蜂鸣器正常工作需要的电流较大，因此在连接到 蜂鸣器之前，需要添加一个三极管进行电流放大。 6.DS18B20温度补偿电路 该温度传感器具有使用简单、体积小、精度高、连接 方便和线路简单等特点。
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基于单片机的超声波测距系统的设计与实现
毕业设计（论文）题目基于单片机的超声波测距系统的设计与实现系（院）专业班级学生姓名学号指导教师职称二〇一五年六月日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
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。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:二〇年月日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:二〇年月日基于单片机的超声波测距系统的设计与实现摘要超声波是一种机械波，其振动频率超过20KHz。
人耳无法捕捉到它，超出了人的听力极限。
具有聚束、定向及反射、透射等机械特性。
这些机械特性正是超声波被利用作为测量距离的重要方法的原因之一。
而超声波具有简单快捷，精确度高和耐用都特点是另一大原因。
本次设计对单片机、超声波和超声波测距原理进行了详细介绍。
更是用STC89C51单片机、HC-SR04超声波模块、DS18B20温度传感器和LCD液晶显示屏通过软件编程的方式设计出了一个简单易操作、经济实用和精度高简易超声波测距仪。
通过误差分析进行了温度补偿，并且做到了可调节测量量程，实现报警等功能。
关键词：单片机；液晶显示；报警；测距Design and implementation of ultrasonic distance measurement system based on MCUAbstractUltrasonic refers to the vibration frequency is greater than 20kHz is equal to the sum of the acoustic wave, the vibration frequency is beyond the range of the human ear hearing, so known as ultrasound. Ultrasonic is mechanical wave. Have the mechanical properties of the polymer, such as the spotlight, orientation, reflection and transmission. These mechanical properties is one of the reasons to be used as an important method of ultrasonic distance measurement. Ultrasound is simple and efficient, high precision and durable character is ticsis nother big reason.This design gives a detailed introduction to the microcontroller,ultrasonic and ultrasonic ranging principle. It is with MCU STC89C51, hc-sr04 ultrasonic module, DS18B20 temperature sensor and LCD display through software programming to design out a simple and easy operation, economy and practicality and accuracy high simple ultrasonic range finder. Through the error analysis of temperature compensation, and to achieve the adjustable measurement range, realize the alarm function.Key words：SCM; LCD; alarm; ranging目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 课题研究内容和意义 (2)第二章超声波测距的原理 (5)2.1 超声波介绍 (5)2.2 超声波传感器的介绍 (5)2.2.1 传感器的选择 (6)2.2.2 超声波测距的原理 (7)2.2.3 温度补偿 (8)2.2.4 测量盲区 (9)2.3 本章小结 (9)第三章系统硬件设计 (10)3.1 系统硬件设计 (10)3.2 单片机概述 (11)3.2.1 STC89C51主要性能特点 (11)3.2.2 STC89C51结构组成 (12)3.2.3 STC89C51内部组成 (14)3.3 超声波发射电路设计 (15)3.3.1 发射电路设计方案 (15)3.3.2 超声波发射器的注意事项 (16)3.4 超声波接收电路设计 (17)3.5 LCD显示部分 (18)3.6 报警部分 (20)3.7 DS18B20部分 (21)3.8 本章小结 (21)第四章系统软件设计 (22)4.1 系统软件设计 (22)4.2 外部中断子程序 (24)4.3 定时器中断子程序 (25)4.4 重要功能实现 (26)4.4.1 实现温度读取功能 (26)4.4.2 实现温度转换声速 (27)4.4.3 实现距离计算 (27)4.5 实验测量数据 (28)4.6 本章小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)谢辞 (31)附录一（实物图） (32)附录二（Proteus仿真图） (33)第一章绪论1.1 研究的背景和意义随着科技的发展，超声波已经可以对实物做出精确测量。
基于51单片机的超声波测距仪课程设计报告
毕业论文声明本人郑重声明：1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。
除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。
对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。
本人授权大学学院可以将此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文。
3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。
4. 本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。
学位论文作者（签名）：年月关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。
本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。
同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。
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如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
基于单片机的超声测距仪设计开题报告(标准格式)
毕业设计（论文）开题报告
超声波接收器由回波放大接收电路及比较电路组成，回波放大接收电路负责将
返回的超声波接收并进行放大处理，比较电路负责对放大后的信号进行分析处理测温电路由温度传感器组成，负责测量四周环境温度，以测出该环境下的超声
波传输速度
显示电路选择运用LED发光二极管构成的LCD液晶显示屏。
驱动方式有动态
驱动和静态驱动两种选择，可依据须要进行选择。
报警电路由一个运算放大器，一个发光二极管组成。
假如出现如距离过远或干
扰过大等接收不到返回信号的状况，报警电路工作，发光二极管亮起，出现警报。
设计的简易结构图如下
4、探讨思路和方法
依据所收集的单片机有关方面的资料，对所需设计的系统进行初步分析，选择
最有效的单片机系统，进一步对测量系统进行构架，画出测量原理图，依据原理图
画出结构图，并完善其内部结构。
并对整个系统进行检测，逐步完善整个测量系统，
直至测量精度达到要求。
5、解决的关键问题
设计出以单片机为核心限制声波测距仪系统，在广泛借鉴了各种设计的优点的同时，充分考虑设计中的各个环节，运用温度传感器精确测量出测距时的温度，计算出当时的声速速度；可较精确测量距离，并用LCD或LED显示测量数值，设置必要的爱护功能。
其中拟解决的关键问题：
1.超声波放射与接收电路的设计；
2.如何将测温电路返回的数据精确传递到LCD显示单元；
3.显示电路选择什么样的反向驱动器驱动PC口作为LCD的位选限制口来提高其显示亮度，使设计更完善；
4.单片机的复位电路是运用上电自动复位的方式还是运用按键电平复位的方式；
方案初步拟定:
单片机系统:AT89C52单片机。
基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计引言超声波测距技术是一种常用的非接触式测距方法，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、智能家居等领域。
本文将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计原理和实现方法，以及其在实际应用中的优势和局限性。
一、设计原理基于单片机的超声波测距系统主要由超声波发射器、接收器、单片机和显示装置组成。
其工作原理如下：1.1 超声波发射器发射超声波信号，信号经过空气传播后，被目标物体反射返回。
1.2 超声波接收器接收到反射的超声波信号，并将信号转化为电信号。
1.3 单片机通过IO口控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式，实现信号的发射和接收。
1.4 单片机通过计算超声波信号的往返时间，即可得到目标物体与传感器之间的距离。
1.5 显示装置将测得的距离信息显示出来，供用户参考和使用。
二、系统设计与实现2.1 硬件设计超声波发射器和接收器的选型是系统设计的关键。
通常情况下，超声波发射器和接收器的工作频率应匹配，常用的频率有40kHz和50kHz。
此外，还需选择合适的单片机和显示装置。
2.2 软件设计软件设计主要包括超声波信号的发射和接收控制以及距离计算等功能。
通过编程，可以实现以下功能：2.2.1 控制超声波发射器的工作频率和接收器的工作模式。
2.2.2 通过IO口读取接收器接收到的信号，并将其转化为数字信号。
2.2.3 使用定时器测量超声波信号的往返时间。
2.2.4 根据往返时间计算目标物体与传感器之间的距离。
2.2.5 将测得的距离信息显示在显示装置上。
三、系统优势基于单片机的超声波测距系统具有以下优势：3.1 非接触式测距：超声波测距系统可以实现对目标物体的非接触式测距，无需直接接触目标物体，避免了传感器与目标物体之间的摩擦和磨损。
3.2 高精度：超声波测距系统通过测量超声波信号的往返时间，可以实现较高的测距精度，通常可达到毫米级别。
3.3 快速响应：超声波测距系统的测量速度快，响应时间短，适用于需要快速测量的应用场景。
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AT89C51The design of ultrasonic range finder based onMCS51Abstract:With the development of science and technology, the improvement of people'sstandard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainagesystem have greatly developed their situation is constantly improving. control system Freesewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to thecore.At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that theultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and theultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware andsoftware by the end of each module.Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52目录第一章绪论 ................................................ - 1 -1．1课题设计的目的和意义 (1)1.2超声波测距仪设计思路 (1)1.2.1超声波测距原理及方案论证 (1)1.2.2超声波测距仪原理框图 (2)第二章课程的方案设计 ...................................... - 3 -2.1系统整体方案的设计 (3)第三章 51系列单片机的功能特点及测距原理 ................... - 3 -3.1基于51系列单片机的功能特点 (3)3.2单片机实现测距原理 (4)3.3超声波测距原理和结构 (5)3.4超声波检测发射电路 (5)3.5超声波检测接受电路 (5)第四章系统的软硬件的调试和程序图 .......................... - 6 -总结 ..................................................... - 10 -致谢 ..................................................... - 10 -参考文献 .................................................. - 11 -第一章绪论1．1课题设计的目的和意义论文设计目的；随着社会的不断地发展，电子测量技术得到了长远的展，超声波的精准测量得到了科技人员的重视和研究。
基于51单片机的超声波测距系统的设计
单片机系统课程设计报告书题目：基于51 单片机的超声波测距系统设计毕业设计（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。
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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。
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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：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。
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、引言超声波测距系统是一种基于超声波工作原理的测距技术，主要通过发送超声波信号并检测回波信号来测量目标物体与传感器之间的距离。
本实验旨在通过使用单片机搭建一个基于超声波的测距系统，通过实际测量和数据分析来验证其测距的准确性和可靠性。
二、原理超声波测距系统主要包括超声波发射器、超声波接收器和单片机控制系统三部分。
其中，超声波发射器产生超声波信号，通过空气传播到目标物体上并被反射回来；超声波接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号输出；单片机控制系统通过控制超声波发射器的发射与接收的时间来计算距离。
三、实验步骤1.搭建硬件连接：将超声波发射器和接收器分别连接到单片机的GPIO引脚，并通过电阻和电容进行滤波处理。
2.编写控制程序：通过单片机控制程序，设置超声波发射器引脚为输出模式，将其输出高电平信号一段时间后再拉低；设置超声波接收器引脚为输入模式，并通过中断方式检测接收到的超声波信号，计算时间差并转换为距离值。
3.进行实际测量：将超声波发射器和接收器对准目标物体，启动测量程序并记录距离值。
4.多次实验并计算平均值：为了提高测距的准确性，进行多次实验并计算多次测量结果的平均值。
四、实验结果和讨论通过多次实验测量，我们得到了如下结果：测量1距离为30cm，测量2距离为31cm，测量3距离为29cm。
将这些结果进行平均，得到最终距离结果为30cm。
通过与实际测量的距离进行对比，我们发现测量结果基本与实际距离相符，误差控制在可接受范围内。
这表明我们搭建的基于超声波的测距系统具有较好的测距准确性和可靠性。
然而，我们也发现在一些特殊情况下，例如目标物体表面有较强的吸收或反射能力时，测量结果可能会出现误差。
这是因为超声波在传播过程中会受到传播介质和目标物体的影响，从而引发信号衰减或多次反射等现象。
在实际应用中，我们需要根据具体情况进行系统的优化和调整，以提高测距的精确度。
基于单片机的超声波测距系统设计毕业设计报告
毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：基于单片机的超声波测距系统设计毕业设计（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。
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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：年月日北华航天工业学院电子工程系毕业设计（论文）任务书指导教师：教研室主任：系主任：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。
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计
基于51单片机超声波测距报警系统课程设计一、引言超声波测距技术是一种常见的非接触式测距技术，具有测距范围广、精度高等优点。
在日常生活中，超声波测距技术被广泛应用于车辆倒车雷达、智能家居中的人体感应等领域。
本文将介绍基于51单片机的超声波测距报警系统的课程设计。
二、设计思路本课程设计主要分为硬件设计和软件设计两部分。
硬件部分主要包括超声波模块、LCD显示屏、蜂鸣器等模块的连接和电路设计；软件部分主要包括51单片机程序设计及LCD显示程序编写。
三、硬件设计1. 超声波模块连接超声波模块是实现测距功能的核心部件。
在本课程设计中，我们采用HC-SR04型号的超声波模块。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VCC引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将GND引脚连接到51单片机上的GND；- 将Trig引脚连接到P2.0口；- 将Echo引脚连接到P2.1口。
2. LCD显示屏连接LCD显示屏用于显示测距结果和报警信息。
在本课程设计中，我们采用1602型号的LCD显示屏。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将VSS引脚连接到51单片机上的GND；- 将VDD引脚连接到51单片机上的5V电源；- 将VO引脚连接到一个10K电位器，再将电位器两端分别接到GND 和5V电源；- 将RS引脚连接到P1.0口；- 将RW引脚连接到P1.1口；- 将EN引脚连接到P1.2口；- 将D4-D7引脚分别连接到P0口的高四位。
3. 蜂鸣器连接蜂鸣器用于报警。
在本课程设计中，我们采用被动式蜂鸣器。
该模块需要连接到51单片机上，具体连接方式如下：- 将正极引脚（一般为长针）连接到51单片机上的P3.7口；- 将负极引脚（一般为短针）连接到51单片机上的GND。
四、软件设计1. 51单片机程序设计在本课程设计中，我们采用Keil C51作为编程工具，使用C语言编写程序。
主要程序流程如下：- 定义超声波模块的Trig和Echo引脚；- 定义LCD显示屏的RS、RW、EN和D4-D7引脚；- 定义蜂鸣器的引脚；- 定义变量存储测距结果和报警状态；- 初始化LCD显示屏、超声波模块等模块；- 循环执行以下操作：- 发送超声波信号并计算回波时间，从而得到距离值；- 根据距离值判断是否需要报警，并控制蜂鸣器发出报警声音；- 将测距结果和报警状态显示在LCD显示屏上。
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东北大学东软信息学院
毕业设计（论文）开题报告
论文题目：基于51单片机的超声波测距系统设计与实现
专 业：
班 级：
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学 号：
指导教师：
开题日期： 2010 年 12 月 6 日
论文
题目
基于51单片机的超声波测距系统设计与实现
选
题
的
背
景
、
目
的
和
意
义
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来
说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，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，超声波测距仪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，未来的超声波测距仪将与自动
化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距
仪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
貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大
发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水
系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来
改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系
统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制
系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。
控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要
了。这就是我设计超声波测距仪的意义。
应
用
原
理
和
理
论
依
据
（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。
超声波波速与温度的关系表
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100
声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386
（2）超声波测距仪原理框图如下图所示
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超声波测距仪原理框图
（3）单片机实现测距原理
单片机发出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
超声波发射器
放大电路 超声波接收器
放大电路
锁相环
检波电路
定时器
单片机
控制
显示器
出发射和接收回波的时间差tr，然后求出距离S＝Ct／2，式中的C为超声波波速。
限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声
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。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作
为多路超声波发射／接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关
（4）超声波发射电路
超声波发射电路原理图如图2-2所示。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40kHz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。
压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶
片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，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
果两电极问未外加电压，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。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。
（5）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38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它
制作超声波检测接收电路(如图2-3)。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。
图 3 超声波检测接收电路图
图2 超声波发射电路原理图
（6）超声波测距仪的算法设计
超声波测距的原理为超声波发生器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，就被超声波接收器R所接收到。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与反射物体的距离。距离的计算公式为：
d=s/2=(c×t)/2
方 案 论 证 分 析 课题难点和拟解决的关键问题，拟采取的研究方法及其可行性等
难点一：测距的精确度偏低。
难点二：无法对精小物体距离进行测定。
解决方案：
（1）采集测距环境温度指数以便提高测距精确度。
（2）缩短发射、接收装置的间距以便对略小物体进行测距。
选
题
特
色
和
预
期
成
果
本设计采用以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
的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，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。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声
波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个
功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，
可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。
工 作 进 度 计 划 2010年12月：撰写开题报告，翻译英文文献；
2011年1月：收集资料，查看相关文献；
2011年3月：编写代码；
2011年4月：测试并调试代码；
2011年5月：撰写论文。
主
要
参
考
文
献
[1] 胡萍.超声波测距仪的研制[J].计算机与现代化,2003.10:20-23.
[2] 时德刚,刘哗.超声波测距的研究[J].计算机测量与控制,2002.10:34-36.
[3] 华兵.MCS-51单片机原理应用[M].武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5.
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[5] 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版)[M].武汉：华中理工大学出版
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[6] 徐淑华,程退安,姚万生.单片机微型机原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版
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[9] 樊昌元,丁义元.高精度测距雷达研究[J].电子测量与仪器学报,2000.10
[10] 苏伟,巩壁建.超声波测距误差分析[J].传感器技术,2004.
注：各项均可加附页