基于STC89C52的超声波测距仪

广东机电职业技术学院

企业项目

（设计报告）

题目：基于51单片机的超声波测距仪的设计

院( 系 ) 信息工程学院

专业名称控制0910

班级学号 ********

学生姓名王名远

指导教师张永亮

二O一一年六月

基于单片机的超声波测距仪的设计

摘要自19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。随着科技的快速发展，超声波技术应用越来越广，很多产品在工业中广泛应用。

为了让超声波测距类产品智能，人性化，因此此次设计我们尝试利用

STC89C52单片机研究制作超声波测距系统，超声波发射电路，以及超声波接收

电路，键盘和显示部分，实现超声波测距功能。在这个系统中，我们先让超声波

发射电路发射500us，大概20个脉冲信号，等到超声波接收电路接收到脉冲信

号，计时结束，由程序上控制算法S=vt，测出距离S/2，送数码管显示，并满足

一定精度要求，并在显示模块中显示出来，这类产品可以运用到工业产品中，例

如：测试罐装饮料是否装满。结合了该芯片的价格、应用，我们设计的超声波测

距系统具有速度快、适应性好，操作方便、有着广泛扩展应用的前景。

展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的技术在各方面都将有

很大的发展空间，它将朝着更加高定位、智能化的方向发展，以满足日益发展的

社会需求。

关键字超声波STC89C52 模块电路

目录

摘要............................................ 错误!未定义书签。目录 (2)

引言 (3)

第一章超声波测距仪方案的设计 (4)

1.1系统整体方案的设计 (4)

1.2系统方案的论证 (4)

第二章硬件电路的设计 (5)

2.1超声波发射电路的分析 (5)

2.2超声波接收电路的分析 (6)

2.3DS18B20的电路分析 (6)

2.4显示电路的分析............................ 错误!未定义书签。第三章系统程序的设计.. (9)

3.1超声波测距器的算法设计 (9)

3.2超声波测距器原理图 (9)

3.3主程序算法设计 (10)

3.4主程序的流程图 (10)

3.5超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (11)

第4章电路与程序的调试 (11)

第5章系统误差的分析 (12)

5.1声速引起的误差 (12)

5.2单片机时间分辨率的影响 (13)

总结 (14)

参考文献 (15)

附录A (16)

附录B (17)

附录C (18)

附录D (20)

引言

超声技术是一门以物理、电子、机械、及材料学为基础的通用技术之一。超声技术是通过超声波产生、传播及接收的物理过程而完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性（声速、衰减、反射、声阻抗等）来实现对非声学量（如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的测定。它的基本原理是基于超声波在介质中传播时遇到不同的介面，将产生反射，折射，绕射，衰减等现象，从而使传播的声时，振幅，波形，频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。与传统超声技术完全不同，在不破坏媒质特性的情况下实现非接触性测量，适应能力强，可实现在线测量。

近二、三十年，特别是近十年来，由于电子技术及压电陶瓷材料的发展，使超声检测技术得到了迅速的发展。在无损探伤，测温，测距，流量测量，液体成分测量，岩体检测等方面，新的超声检测仪表不断出现，应用领域也不断扩大。本文正是基于这一应用背景。超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而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。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。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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在测控系统的研制上也得到了广泛的应用。本文介绍一种以SPCE061A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设计方法。

超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法和激光，涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制，建筑测量，机器人定位等方面得到了广泛的应用但由于超声波传播声时难于精确捕捉，温度对声速的影响等原因，使得超声波测距的精度受到了很大的影响，限制了超声测距系统在测量精度要求更高的场合下的应用。

本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波测试原理、DS18B20的原理、74ls164的传输原理等知识，设计出基于单片机STC89C52的超声波测距仪的硬件电路，编写好相应的软件程

序，对硬件电路和软件程序作出相应的调试，确保超声波测距仪的可靠性。

第一章超声波测距仪方案的设计

1.1系统整体方案的设计

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。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到工业生产等自动化的使用要求。

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。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、气流旋笛等。他们所产生的超声波的频率、功率、和声波的特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用STC89C52单片机作为控制器。用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号是由单片机端口控制555时基发生器产生40KHz 的脉冲信号。

1.2系统整体方案的论证

超声波测距的原理是利用超声波的发射与接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距的两端，一端发射，另一端接受的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体发射回来后接收的反射波方式，适用与测距仪。此次设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，采用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高，分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。