基于AT89C51单片机的超声波测距仪的设计
基于AT89C51单片机的超声波测距仪的设计【摘要】AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
这次设计主要是利用AT89C51单片机、HC-SR04超声波传感器、蜂鸣器完成测距报警系统的制作，将AT89C51作为主控制芯片，利用超声波对物体的感应，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，AT89C51发出指令控制蜂鸣器报警。
【关键词】：AT89C51单片机、HC-SR04超声波传感器、蜂鸣器ABSTRACTAT89C51 is a low power consumption, high performance CMOS 8-bit microcontroller, tablet containing 4 k Bytes of ISP (In system programmable) can wipe again and again 1000 times of Flash memory read-only applications, device adopts high density of ATMEL company, nonvolatile storage technology, compatible with standard MCS - 51 structure, instruction system and 80 c51 pin chip integrates general 8-bit CPU and ISP Flash memory cell, AT89C51 is widely applied In many embedded control applications.This design is mainly made using AT89C51 SCM, HC-SR04 ultrasonic sensor, buzzer completed ranging alarm system,the AT89C51 as the main control chip,the use of ultrasonic sensing of object,the detected objects in front of the distance,then the MCU processing operations,and the set alarm distance to compare the value of judgment,when the measuring distance is smaller than the set value,AT89C51 sends out a command to control the buzzer alarm.【KEY WORDS】: AT89C51 Single chip microcomputer、HC-SR04 ultrasonic sensor、Buzzer目录一、绪论 (3)1.1课题研究背景及意义 (3)二、总体设计方案及论证 (3)2.1 总体方案设计 (3)三、硬件实现及单元电路设计 (4)3.1 主控制模块 (4)3.2 电源设计 (5)3.3 超声波测试模块 (6)3.4 超声波传感器原理 (6)3.5 测距分析 (7)3.6 时钟电路的设计 (8)3.7 复位电路的设计 (9)3.8 声音报警电路的设计 (10)3.9 显示模块 (10)四、软件设计 (10)4.1 主程序工作流程图 (10)五、总结 (12)六、参考文献 (13)附录 (14)附件1：原理图 (14)附件2：实物图 (15)一、绪论1.1课题研究背景及意义随着社会的发展，人们对于距离的敏感度越来越高，生活上对距离的感知也越来越敏感，因此测距仪也受到了极大的欢迎。
它主要有三类，一类是激光测距仪，是根据光电元件接收目标反射的激光束来计算出测距者到目标的距离。
另一类是红外测距仪，利用红外线传播不扩散的原理进行测距，但方向性差。
还有一类是超声波测距仪，但也有局限性，传播需要介质，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，碰到障碍物后就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波测距是一种非接触可直接检测技术，它对光线和被测对象的颜色等没有要求，与其它仪器相比更卫生，更耐高温、等恶劣环境，具有少维护、可靠性高、寿命长等优点。
利用超声波检测往往比较快捷、性能稳定、能够实现实时检测等优点，所以它广泛的应用在全自动机器人，汽车倒车雷达等研制方面。
二、总体设计方案及论证2.1 总体方案设计本设计主要包括了硬件和软件设计两部分。
按模块可划分为数据采集、按键控制、数码管显示、蜂鸣器报警四个子模块。
电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、单片机控制电路。
就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。
单片机应用系统也是有硬件和软件组成。
硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
系统采用STC89C51单片机作为核心控制单元,当测得的距离小于设定距离时，主控芯片将测得的数值与设定值进行比较处理。
然后控制蜂鸣器报警。
系统总体的设计方框图如图1所示。
图1 系统方框图3.1图2 最小系统，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。
其中一个加键，一个减键。
图3 总设计电路图3.2 电源设计电源部分的设计采用3节5号干电池4.5V供电。
3.3 超声波测试模块超声波模块采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。
模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
实物如下图4。
其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
图4 超声波模块实物图超声波探测模块HC-SR04的使用方法如下：IO口触发，给Trig口至少10us的高电平，启动测量；模块自动发送8个40Khz的方波并随时检测是否有信号返回，有信号返回，通过Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/ 2，单位为m。
程序中测试功能主要由两个函数完成。
实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：ms）：T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE））/ 1000其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。
3.4 超声波传感器原理市面上常见的超声波传感器多为开放型，其内部结构如图5所示，一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。
该复合式振动器是由谐振器以及一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器。
谐振器呈喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。
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。
利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。
相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。
基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。
图5 超声波内部结构超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。
3.5 测距分析超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，碰到障碍物的阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时并计算出距离。
以超声波在空气中的传播速度为340m/s计算，根据定时器算出的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。
由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。
在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。
如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。
声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
这就是超声波测距的基本原理。
如图6所示：t超声波发射障碍物超声波接收图6 超声波的测距原理θcos S H = （3-1）)(H L arctg =θ （3-2）式中:L---两探头之间中心距离的一半.又知道超声波传播的距离为:vt S =2 ( 3-3)式中:v —超声波在介质中的传播速度;t —超声波从发射到接收所需要的时间.将（3—2）、（3—3）代入（3-1）中得：]cos[21H L arctg vt H = ( 3-4)其中,超声波的传播速度v 在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H 远远大于L 时,则(3—4)变为:vt H 21= ( 3-5) 所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H.3.6 时钟电路的设计AT89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。
AT89C51单片机的时钟产生方法有两种。
超声波测距
第一章概述本设计介绍了以AT89C51单片机为主控件的超声波测距仪的工作原理、器件选择、硬件和软件的设计。
硬件主要由超声波发射、接收检测电路和显示电路组成。
该系统测量精度高，能够清晰地显示测量结果，可应用于汽车倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
用于距离测量的超声波一般是指频率为40kHz的机械波。
利用其指向性强。
能量消耗缓慢，传播距离远，遇到障碍物会发生反射等特性进行距离的测量。
通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时。
当声波遇到障碍物返回时。
接收器接收到反射波信号后定时器停止计时。
利用声波在空气中传播的速度和时间的乘积就可以得到被测障碍物的距离。
本系统采用AT89C51单片机为主控器件来完成测量过程中信号的采集、控制和数据的处理，测量结果通过LCD1602显示。
测量过程中与被测物体没有直接接触。
第二章系统分析第一节超声波测距的原理图1 超声波测距原理图图1示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当该信号遇到被测物体后反射回来，被超声波接收器R所接收到。
计算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。
计算公式为： d = s／2 = (Vxt)／2 (1)式中：d为被测物与测距仪的距离；s为声波来回的路程；v为声速；t为声波往返所用的时间。
在测量中需要考虑两个参数：声速和发射脉冲个数。
声速的精确程度决定了测量精度。
声速与温度有关，测距仪多用于常温测量距离较短，如温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，约为344m／s。
如测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
为增强系统可靠性，应在软硬件上采用抗干扰措施。
发射超声波脉冲个数决定测距仪测量盲区，影响测量精度，同时与信号发射能量有关。
发射脉冲个数少，可提高测量精度，但减少了发射能量对接收回波不利；脉冲个数过多会增加测量盲区。
基于 STC89C51单片机超声波测距系统的设计
基于 STC89C51单片机超声波测距系统的设计一、设计任务1.1设计前景超声波技术在日常生活中有着广泛的应用, 例如探伤技术、清洗技术、测距技术等等。
超声波测距多应用于汽车倒车雷达、建筑工地以及一些工业现场的位置监控如液位、井深的测量等场合。
国内的超声波测量主要集中在对0～10 m 固体和液体的测量,一般测量精度高,回波稳定。
由于高精度的超声波测距仪所采用的专业集成电路成本较高,以价格比较低廉的 STC89C51 单片机为核心设计一款具有低成本、高精度、具有动态显示等优点的超声波测距系统。
该系统测量距离0127～4100 m,测量精度为1cm。
同时给出了其硬件电路和软件设计方法。
实际使用表明该仪器工作稳定。
1.2超声波测距原理超声波发生器内有一个共振板和两个压电晶片,当它的外加脉冲信号频率等于压电晶片的固有频率时,压电晶片会产生共振,并带动共振板一起振动,这样就产生了超声波。
在电路中,发射端输出的脉冲是一系列方波,其宽度称为发射超声波的时间间隔,被测物距离越大,其脉冲宽度就越大,输出脉冲个数与被测物距离成正比。
T mier寄存器对 P110口的高、低电平分别进行 12 L s的延时, 实现从 P110口输出周期为24 Ls的方波信号。
当单片机控制超声波发生器向某一方向发射超声波波束,在发射时刻的同时,单片机内部定时器开始计时。
在传播过程中,超声波遇障碍物(被测物)后反射回波,超声波接收器接收到第一个反射波后,定时器停止计时。
定时器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过公式换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
由于超声波的声速和温度有关,如果温度变化不是很大,认为声速基本不变。
如果测距精度要求很高,那么可以通过温度补偿的方法来加以校正。
不同温度下超声波在空气中的传播速度随温度变化关系：v = 33114+0161T 其中, T为实际温度; v的单位为 m /s。
表 1 声速与温度的关系测距的公式为: L= v×▽t，其中, L为测量的距离长度; v为超声波在空气中的传播速度; ▽t为发射到接收所用时间的一半,由单片机的定时功能实现对超声波信号的准确计时。
基于51单片机超声波测距仪
基于51单片机超声波测距仪基于51单片机的超声波测距仪设计摘要利用超声波进行测距有许多优点比如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的影响，而且超声波传感器的价位较低、结构也较为简单，超声波以声速传播，方便收发与计算。
在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、特别是测量距离等许多方面都已有了非常普遍的应用。
本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在分析和了解了超声波的一些优点和特性后，又查看了利用超声波测距的基本原理。
最后决定使用51单片机系统和超声波传感器共同组成。
设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括电源及复位模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、超声波接收模块、LED数码显示模块和扩展报警模块。
软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使得系统具有模块化的特点。
系统容易进行控制，具有可靠地的性能，具有较高的测量精度，最重要的是能对距离进行实时测量。
关键词：单片机，测距仪，超声波，实时测量Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCMABSTRACTUsing ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light intensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other aspects have been very common application.The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided.. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expansion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the characteristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance.KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement目录摘要 (I)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的主要意义 (1)第2章系统电路设计 (3)2.1 系统结构设计 (3)2.2 电路总体设计方案 (3)2.2.1 发射与接收电路设计方案 (3)2.2.2 显示电路设计方案 (5)2.2.3 报警电路设计方案 (6)2.2.4 系统复位电路设计 (6)第3章系统硬件设计 (8)3.1 单片机概述 (8)3.1.1 STC89C51主要性能 (8)3.1.2 STC89C51外部结构及特性 (8)3.1.3 STC89C51内部组成 (11)3.2 超声波测距模块 (12)3.2.1 超声波传感器介绍 (12)3.2.2HC-SR04超声波测距芯片的性能特点 (12)3.2.3 超声波时序图 (15)3.3 驱动显示电路及报警电路 (15)3.3.1LED数码管显示电路 (16)3.3.2 蜂鸣器报警电路 (17)3.4HC-RS04超声波测距原理 (17)3.5 按键设置电路 (18)第4章系统软件设计 (21)4.1 系统主程序 (21)4.2 显示距离子程序 (22)4.3 报警子程序 (22)4.4 按键子程序 (23)第5章系统仿真 (25)5.1 系统仿真环境——Proteus (25)5.2 仿真 (25)5.3 误差及特性分析 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 研究背景超声波测距法是通过超声波测量从已知位置到被测物体表面的距离的利用超声波的方法。
基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计
基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计内容提要：我们知道，当物体振动时会发出声音。
科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。
我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。
当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。
我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动。
其不同点是超声频率高，波长短，具有方向性强、能量集中、不受光和电磁波以及粉尘等外界因素的干扰等优点。
因此，超声波可用于非接触测量，利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。
而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。
正由于这样，目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域具有广泛地应用。
此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。
本文主要介绍基于AT89S51单片机，辅助以CX20106A红外接收专用放大电路，TCT40-10超声波传感器和数字化的温度传感器DS18B20设计的超声波测距仪。
测距原理采用一般的方法：渡越时间法TOF（time of flight）来测量物体与发声源的距离。
测量距离大概5m，测量精度约为0.01m。
关键字：超声波渡越时间法 AT89S51 CX20106A TCT40-10 DS18B20AT89S51 MCU-BASED DESIGN OF ULTRASONICRANGE FINDERAbstract：We know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the sound frequency between 20 ~ 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20000 Hz or less than 20 Hz, we can’t l isten it. We have higher than 20000 Hz frequency sound waves known as "Ultrasonic". The sound wave which we can listen and ultrasonic have the same essence, they are also a mechanical vibration. Their difference is that the ultrasonic have a high-frequency and a short wavelength, furthermore it is high directivity, concentrated energy, and free form light and dust, such as electromagnetic interference from external factors, etc. Therefore, ultrasound can be used for non-contact measurement, the use of ultrasound in the calculation of the measured objects and the transmission between the ultrasonic probe to measure the distance of the measured target without damage.This paper mainly introduces single-chip based on the AT89S51, auxiliary CX20106A infrared receiver to a dedicated amplifier and TCT40-10 ultrasonic sensor designed ultrasonic range finder. Ranging general principle of the method used: transit-time method TOF (time of flight) to measure objects with the sound source distance. Measuring the distance about 5m, the measurement accuracy of about 0.01m.Key words：ultrasonic time of flight ultrasonic-sensor AT89S51 CX20106A TCT40-10 DS18B20目录一、引言 (1)（一）课题背景 (1)（二）课题研究目的和意义 (4)（三）研究内容以及方法原理 (4)（四）论文完成的工作 (6)二、总体方案设计 (6)三、系统硬件设计 (7)（一）单片机AT89S51的基本设计 (7)（二）CX20106A红外接收放大模块的设计 (11)（三）TCT40-10超声波传感器的设计 (13)（四）DS18B20温度传感器的设计 (15)（五）LED数码管显示电路的设计 (17)四、系统软件设计 (18)五、总结与未来展望 (20)致谢 (21)附录 (22)参考文献 (32)基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计一、引言（一）课题背景随着工业，建筑业，农业建设的不断发展，距离测量频率的不断提高，一些在早期社会，曾被人类广泛应用的米尺不在满足人类的要求，就出现了现在人类所应用的间接测量工具。
超声波测距仪的设计
目录摘要 .................................................................................................................................. ABSTRACT .. (I)第1章绪论 (I)1.1 课题研究的背景 (1)1.2 课题研究的意义 (2)1.3 本设计主要研究内容 (2)第2章超声波测距方案设计 (3)2.1 超声波简介 (3)2.2 超声的应用 (3)2.3 超声波测距原理 (4)2.4 设计思路 (5)2.5 系统结构设计 (6)第3章主要元件介绍 (7)3.1 单片机AT89C51 (7)3.2 温度传感器DS18B20 (9)3.3 T40、R40超声波传感器简介 (10)3.3.1 超声波传感器的基本介绍 (10)3.3.2 超声波传感器的主要应用 (11)3.4 LM567锁相环 (12)3.4.1 LM567的概述 (12)3.4.2 LM567的功能叙述 (12)3.4.3 LM567主要参数 (13)第4章硬件电路设计 (14)4.1 超声波发射电路 (14)4.2 超声波接收电路 (14)4.3 显示电路 (15)4.4 电源电路 (16)4.5 复位电路 (16)4.6 时钟电路 (17)第5章软件设计 (18)5.1 主程序流程 (18)5.2 子程序设计 (19)5.2.1 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 (19)5.2.2 测温子程序 (21)5.2.3 距离计算子程序 (23)5.2.4 显示子程序和键盘扫描子程序 (23)第6章软件调试及系统仿真 (24)6.1 Keil C51开发系统基本知识 (24)6.2 系统仿真环境——proteus (25)6.3 系统仿真 (26)6.3.1 电路调试 (28)6.3.2 误差及分析 (28)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录1整体电路图 (33)附录2 仿真图 (34)附录3程序清单 (35)摘要本设计介绍了一种基于单片机的超声波测距系统。
基于51单片机超声波测距仪设计
个性化实验基于51单片机超声波测距器设计摘要传统地测距方法存在不可克服地缺陷.例如，液面测量就是一种距离测量，传统地电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极由于长期浸泡于水中或其他液体中，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛地应用.本设计以STC89C52单片机为核心控制定时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收地往返时间，从而得到实测距离.并且在数据处理中采用了温度补偿对声速进行调整，用1602液晶显示速度和测量距离.整个硬件电路有超声波电路、电源电路、显示电路等组成.个探头地信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距器地功能.在此基础上设计了系统地总体方案，最后通过硬件和软件实现了测距功能.此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点，即过系统扩展和升级，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地位置监控.关键词：STC89C52；超声波；温度补偿；测距目录绪论 (3)设计目地和意义 (3)设计任务和要求 (3)系统方案设计 (4)设计原理 (4)设计框图 (5)主要元器件介绍 (5)STC89C52 (5)LCD1602液晶显示器 (6)HC-SR04超声波模块 (8)DS18B20温度传感器 (9)系统硬件结构设计 (10)单片机电路 (10)LCD显示电路 (11)温度补偿电路 (11)电源电路 (12)系统软件设计 (12)主程序流程 (12)测距流程图 (13)测试 (14)测试结果 (14)误差分析 (15)总结 (15)附录 (17)整体电路图 (17)PCB布线图 (18)实物图 ......................................................................................................错误!未定义书签。
基于单片机的超声波测距装置毕业论文
基于单片机的超声波测距装置摘要随着电子计算机技术和集成电路芯片的飞速发展，超声波测距技术日渐成熟，并且应用广泛，比如工业中的液位测量、倒车雷达、机器人避障等方面。
超声波测距方法相比较传统的测距方法，它可以实现非直接接触式的测量，特别是在有毒、烟尘等的恶劣环境中；相比较激光、雷达等较先进的非直接接触的测距方法，超声波测距结构简单，其造价较低，适用于工业领域。
因此，超声波测距方面的研究具有一定的实际意义。
本文详细介绍了一个基于单片机的超声波测距装置。
硬件的核心器件是单片机AT89C51，还包括超声波模块，显示模块等主要器件，体积小巧，结构简单，成本较低。
软件是基于C语言设计的，采用模块化的设计方法，由主程序、延时子程序、计数子程序、计算子程序、显示子程序等模块组成。
该装置实现了液晶显示，测距范围是2cm-450cm，精度为1cm，可用于工业领域中的非接触式测量。
关键词：AT89C51；超声波；测距I洛阳师范学院2013届本科生毕业设计AbstractWith the rapid development of electronic computer technology and integrated circuit chips, ultrasonic ranging technology is maturing, and widely applied, such as liquid level measurement in the industry, reversing radar, robot obstacle avoidance. Compared to the method of ultrasonic ranging from the traditional method for measuring distance, it can realize the not direct contact measurement, particularly it has been used in toxic, smoke environment. Compared with laser, radar and other more advanced than non-contact method for measuring distance, ultrasonic ranging has simple structure, its cost is lower, it is suitable for industrial area. Therefore, the research in the ultrasonic ranging has certain practical significance.The article detailedly introduces an ultrasonic ranging device based on single chip microcomputer. The core part in hardware is the single chip microcomputer AT89C51, and the main part includes ultrasonic module, display module. The device has small size, simple structure, and low cost. The software is designed based on C language, using modular design method, it consists of a main program, delay subroutine, counting subroutine, calculation subroutine and display subroutine etc. The device realizes the liquid crystal display, distance measuring range is 2cm-450cm, and the precision can reach 1cm, this device can be used for non-contact measurement in industrial area.Keywords: AT89C51 ; Ultrasonic ; RangingII基于单片机的超声波测距装置毕业设计（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。
毕业设计_基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计 精品
毕业设计(论文)正文题目基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号指导教师职称基于AT89S51单片机超声波测距系统的设计摘要：本文主要研究开发了一种基于单片机微处理器的超声波测距系统。
该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离。
在介绍超声传感器原理与特性和超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。
介绍了具体的软硬件设计以及相关的实验情况,针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证，对测距系统的一些主要参数进行了讨论。
关键字:超声波，测距，测量精度THE STUDY AND APPLICATION OFDISTANCE-MEASUREMENT SYSTEM BASED ONULTRASONIC WA VEABSTRACT: This paper primarily investigates a kind of ultrasonic distance measurement device based on microprocessor. This device can measure certain distance with reflected wave on condition that the speed of transmitting wave is fixed. It generally specifies the theoretical foundation of the device, introduces the software and hardware design of the device and correlative experiments. The design of the distance measurement is targeted on high precision and little blind area. Then it proposes the whole structure of the system by introducing the function of ultrasonic distance meter and presenting the theory and characters of ultrasonic sensor. And then the transmission, receiver, detection, display scheme of this distance meter system is brought out. At the same time, a number of main technical parameters are discussed.Key Words: ultrasonic,measuring distance, measurement accuracy目录第一章绪论 (1)1.1.引言 (1)1.2.超声波检测技术的发展 (1)1.3.超声波技术的广泛应用 (2)第二章超声波测距技术综述 (3)2.1.引言 (3)2.2.超声波介绍 (3)2.2.1.超声波的基本性质 (4)2.3.超声波传感器介绍 (4)2.3.1.超声波传感器的原理及结构 (4)2.4.超声检测概述 (7)第三章超声波测距系统的原理与设计 (9)3.1.引言 (9)3.2.超声波测距的原理及实现 (9)3.3.超声波测距系统的总体方案 (10)3.4.超声波测距系统硬件电路设计 (12)3.4.1.超声波发射电路设计 (12)3.4.2.超声波接收电路设计 (19)3.4.3.比较电路 (21)3.4.4.电源电路 (22)3.4.5.显示电路 (23)3.4.6. AT89S52单片机最小系统 (24)3.5.超声波测距系统软件设计 (27)3.5.1.系统软件设计总体框图 (27)3.5.2.软件程序模块化设计 (28)第四章结论及展望 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第一章绪论1.1.引言高速度，高效率是现代工业的标志，而这是建立在高质量的基础之上的。
基于51单片机超声波测距仪
基于51单片机超声波测距仪基于51单片机的超声波测距仪设计摘要利用超声波进行测距有许多优点比如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的影响，而且超声波传感器的价位较低、结构也较为简单，超声波以声速传播，方便收发与计算。
在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、特别是测量距离等许多方面都已有了非常普遍的应用。
本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在分析和了解了超声波的一些优点和特性后，又查看了利用超声波测距的基本原理。
最后决定使用51单片机系统和超声波传感器共同组成。
设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括电源及复位模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、超声波接收模块、LED数码显示模块和扩展报警模块。
软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使得系统具有模块化的特点。
系统容易进行控制，具有可靠地的性能，具有较高的测量精度，最重要的是能对距离进行实时测量。
关键词：单片机，测距仪，超声波，实时测量Design of Ultrasonic Distance Meter Based on 51 MCMABSTRACTUsing ultrasonic ranging has many advantages for example, from the effects of light intensity, color and electromagnetic field and other external factors and price lower ultrasonic sensors, the structure is simple, ultrasonic sounds velocity, convenient transceiver and calculation. In the car reverse radar, mobile robot obstacle avoidance, especially measuring distance and many other aspects have been very common application.The graduation design of ultrasonic range finder based on STC89C51 MCU design, analysis and understanding of the some advantages and characteristics of ultrasonic and looked at the use of the basic principle of ultrasonic distance measurement. Finally, the composition of the 51 single-chip microcomputer system and ultrasonic sensor is decided.. The design of ultrasonic rangefinder hardware part consists of the power and reset module, SCM and ultrasonic module consists of ultrasonic emission module, ultrasonic receiving module, LED digital display expansion module and alarm module. Software part mainly includes MCU program, according to the ultrasonic transmitting and receiving computing program distance, the distance of LED display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement enables the system to have the characteristics of modular. The system is easy to control and has the reliable performance, and has the higher accuracy, and the most important is the real-time measurement of the distance.KEY WORDS: Single chip microcomputer，Range finder，Ultrasonic，Real-time measurement目录摘要 (I)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的主要意义 (1)第2章系统电路设计 (3)2.1 系统结构设计 (3)2.2 电路总体设计方案 (3)发射与接收电路设计方案 (3)显示电路设计方案 (5)报警电路设计方案 (6)系统复位电路设计 (6)第3章系统硬件设计 (8)3.1 单片机概述 (8)STC89C51主要性能 (8)3.1.2 STC89C51外部结构及特性 (8)内部组成 (11)3.2 超声波测距模块 (12)3.2.1 超声波传感器介绍 (12)HC-SR04超声波测距芯片的性能特点 (12)超声波时序图 (15)3.3 驱动显示电路及报警电路 (15)LED数码管显示电路 (16)蜂鸣器报警电路 (17)3.4HC-RS04超声波测距原理 (17)3.5 按键设置电路 (18)第4章系统软件设计 (21)4.1 系统主程序 (21)4.2 显示距离子程序 (22)4.3 报警子程序 (22)4.4 按键子程序 (23)第5章系统仿真 (25)5.1 系统仿真环境——Proteus (25)5.2 仿真 (25)5.3 误差及特性分析 (26)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 研究背景超声波测距法是通过超声波测量从已知位置到被测物体表面的距离的利用超声波的方法。
基于-STC89C51单片机超声波测距仪设计
目录摘要1前言3第一章绪论 411 选题背景与意义 412 研究现状 413 研究容 5第二章总体设计 621 系统框图 622 超声波测距仪设计要求 623 使用元件选择 6第三章系统硬件设计731 超声波传感器电路模块7maxbook118com HC-SR04实物图 7maxbook118com HC-SR04的主要技术参数7 maxbook118com HC-SR04部结构与工作原理8 maxbook118com 发射电路的设计 8maxbook118com 接收电路的设计 832 温度传感器模块9maxbook118com DS18B20实物图与引脚定义9 maxbook118com DS18B20的主要特性10 maxbook118com DS18B20的工作原理1033 数码管显示模块11maxbook118com 七段数码管的结构与工作原理 11maxbook118com 七段数码管的驱动和显示方法 1134 STC单片机最小系统模块13maxbook118com STC89C51单片机最小系统13maxbook118com STC89C51单片机的主要特性13第四章系统软件设计1541 系统软件总设计1542 传播时间的获取1643 DS18B20对温度的补偿 1744距离的计算21第五章总结与分析22参考文献23致24附录25摘要随着科学技术的飞速发展超声波在生产生活中的应用围越来越广目前离我们生活最近的超声波应用就是测距超声波测距主要应用于倒车提醒建筑工地工业现场等的距离测量本论文设计了一种基于STC89C51单片机的超声波测距仪该仪器以空气中超声波的传播速度为已知条件利用反射超声波测量待测距离本设计利用超声波传感器HC-SR04发射超声波并接收回波的方式统计超声波传输的时间采用STC89C51单片机作为控制核心结合温度传感器DS18B20采集的温度信息将声速做相应的补偿并计算出距离最后通过4位数码管将所测距离信息显示出来根据结果显示该设计达到了预期要求基于STC89C51单片机的超声波测距仪可以实现关键词STC89C51 超声波传感器DS18B20AbstractWith the rapid development of science and technology the scope of application of ultrasound in the production and everyday life is wider At present what is the most common to our life in the application of ultrasound is the distance measurement Ultrasonic distance measurement is mainly used in reversing reminder construction sites industrial sites and other distance measurementThis paper designed a ultrasonic range finder based on STC89C51 the instrument treats the speed of ultrasonic propagation in the air as the known conditions using the reflected ultrasonic measurement testing distance This design uses ultrasonic sensor HC-SR04 emission ultrasonic and receiving the echo statistics ultrasonic transmission time using the STC89C51 as the control core Combined with the collected temperature information which will be the speed of sound corresponding compensation And calculate the distance Finally the measured distance information will be displayed by 4 digital tubeAccording to the result this design reach the expected requirements the ultrasonic range finder based on the STC89C51 can be achieved Key words STC89C51 ultrasonic sensor DS18B20前言实际生产生活中人们往往需要对物体间的距离进行精确测量本论文设计了一个可以实时看到距离的超声波测距仪测距精度为2cm 最远距离可以达到2m本设计的测距仪分为多个模块超声波传感器模块温度测量模块微处理器模块和数码管显示模块超声波传感器中的发射电路模块发出超声波遇到障碍物返回并被接收电路模块接收到单片机统计出声波传输所用时间结合温度传感器所测温度计算出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过数码管模块将待测距离显示出来以下为章节安排第一章提出了本论文的背景和选题意义国外超声波测距仪的发展现状以及本设计研究的主要容第二章总体设计包括系统框图和设计要求第三章本设计的硬件部分包括超声波传感器电路模块温度传感器模块微处理器模块和数码管显示电路模块第四章本设计的软件部分包括系统软件的设计流程图DS18B20驱动模块数码管显示和声速的计算第五章总结分析第一章绪论11 选题背景与意义超声波可用于非接触测量具有不受光电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点利用超声波在和之间的传输来测量距离对被测目标无损害而且超声波传播速度在大围与频率无关超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视目前对于超声波精确测距的需求也越来越大油库和水箱液面的精确测量和控制物体气孔大小的检测和机械部损伤的检测等在机械制造电子冶金航海宇航石油化工等工业领域也有广泛地应用此外在材料科学医学生物科学等领域中也占具重要地位12 研究现状国从五十年代起对超声波测距进行了较多的研究并取得了可喜的成果近年来得益于电子技术的快速发展尤其是单片微机技术的应用和扩展使得原来复杂的超声物位测量仪的设计有了大幅简化的可能如采用zilog公司Z86E08单片机控制的超声波测距数显装置以8098单片机为核心的智能物位测量仪等从而使得超声物位测量仪的应用得到更多的普及近十年来国外科研人员在超声波回波信号处理方法新型超声波换能器研发超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析和研究并针对超声测距的常见影响因素提出了温度补偿接收回来串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施本文针对国外超声波测距研究开发的状况研制了一种低成本精度较高的基于STC89C51单片机的超声波测距仪13 研究容该超声波测距仪中的超声波传感器HC-SR04中的发射电路模块发出超声波遇到障碍物返回并被接收电路模块接收到STC89C51单片机统计出声波传输所用时间结合温度传感器DS18B20所测温度计算出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过数码管模块将待测距离显示出来该超声波测距仪的设计要求如下1 设计制作超声波发射和接收电路2 设计制作单片机系统带有数码管显示电路3 编写单片机程序计算和显示距离第二章总体设计21 系统框图本设计超声波传感器使用HC-SR04温度传感器使用DS18B20微处理器使用STC89C51单片机显示部分采用共阳数码管超声波传感器HC-SR04中集成的发射电路模块发出超声波遇到障碍物返回最后被接收电路模块接收STC89C51单片机统计出声波传输所用时间结合温度传感器DS18B20所测温度计算出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过4个共阳数码管将待测距离显示出来图21 系统基本框图22 使用元件选择由于测量距离的精度和长度要求不是很高精度达到2cm测量距离达到2m即可因此超声波传感器选用价格低廉且实用的HC-SR04即可控制核心部分选择实用的STC89C51单片机即可满足计算和控制要求用于温度补偿的温度传感器选择普遍且实用的DS18B20因为显示只需要将距离显示出来就可以了所以显示部分选择了四只共阳数码管第三章系统硬件设计该超声波测距系统硬件设计包括以下模块超声波传感器电路模块微处理器模块温度传感器模块和数码管显示电路模块31 超声波传感器电路模块HC-SR04超声波传感器模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能测距精度可高达3mm模块包括超声波发射器接收器与控制电路maxbook118com HC-SR04实物图图31 HC-SR04超声波模块实物图maxbook118com HC-SR04的主要技术参数所用工作电压直流5V电压工作静态电流小于2mA电平输出高电平为5V低电平为0V感应角度不大于15度探测距离及精度2cm-450cm高精度可达3mmmaxbook118com HC-SR04部结构与工作原理图31 HC-SR04发射电路图图32 HC-SR04接收电路图该超声波传感器的部结构及电路工作原理如图所示该传感器主要包括两大部分发射电路和接收电路采用IO触发测距给至少10us的高电平信号模块自动发送8个40kHz的方波并自动检测是否有信号返回当接收到回波时通过IO输出一高电平高电平持续的时间t就是超声波从发射到返回的时间测试距离s tv 2v是超声波在空气中传播的速度maxbook118com 发射电路的设计超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片40kHz的晶振和MAX232芯片构成单片机给方波发生芯片触发信号后方波发生芯片开始工作产生40kHz的方波信号电平转换芯片MAX232将TTL电平转换成可以驱动振荡器的高电压进而产生所需的40kHz的超声波maxbook118com 接收电路的设计本设计中选用的TL740C芯片采用了前置放大电路带通滤波电路后级放大电路将接收到的波形经过整形积分检波滤波和限幅放大等实现接收超声波的功能当距离较远时回波信号会非常微弱转换后的信号电平幅值很小故要经过若干级放大使输出功率达到一定要求并且为了防止信号出现较大的失真接收电路可以保证有4MHz的带宽放大后的交流信号送入比较器后输出一个方波信号并使触发器触发向CPU发出中断请求在中断服务程序中读取计数器的计数值结合温度补偿后的声速计算出测距仪距离障碍物的距离32 温度传感器模块maxbook118com DS18B20实物图与引脚定义图33 DS18B20实物图DS18B20各引脚描述管脚号符号功能 1 GND 电源地 2 DQ 数据输入输出 3 VDD 电源可选表31 DS18B20管脚描述DS18B20数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值通过一根单线接口发送和接收信息因此在单片机和DS18B20之间仅需一条连接线加上地线用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得无需外部电源maxbook118com DS18B20的主要特性独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯简单的多点分布应用无需外部器件可通过数据线供电零待机功耗测温围-55℃～125℃华氏器件-67℉～257℉以09℉递增温度以9位数字量读出温度数字量转换时间200ms典型值用户可定义的非易失性温度报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器件应用包括温度控制工业系统消费品温度计或任何热感测系统maxbook118com DS18B20的工作原理图34 DS18B20测温原理DS18B20测温原理如图34所示图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变所产生的信号作为计数器2的脉冲输入计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1计数器1的预置将重新被装入计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数如此循环直到计数器2计数到0时停止温度寄存器值的累加此时温度寄存器中的数值即为所测温度33 数码管显示模块maxbook118com 七段数码管的结构与工作原理七段数码管一般由8个发光二极管组成其中由7个细长的发光二极管组成数字显示另外一个圆形的发光二极管显示小数点当发光二极管导通时相应的一个点或一个笔画发光控制相应的二极管导通就能显示出各种字符其控制简单使用非常方便发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管阴极连在一起的称为共阴极数码管图34 7段数码管部字段LED和引脚分布.maxbook118com 七段数码管的驱动和显示方法发光二极管LED是一种由砷化镓等半导体材料制成的能直接将电能转变成光能的发光显示器件当期部有电流通过时就会发光图35 数码管显示电路34 STC单片机最小系统模块maxbook118com STC89C51单片机最小系统STC89C51单片机是一种高性能低功耗8位单片机片含64kbytes 只读存储器它的的最小系统由时钟电路复位电路电源电路及单片机构成单片机的时钟信号用来提供单片机片各种操作的时间基准复位操作则使单片机的片电路初始化使单片机从一种确定的初态开始运行12MHz与两个30pF的电容组成振荡电路为系统提供准确的时钟信号复位电路接在RESET口开关打开时RESET口为高电平开关闭合时RESET口变为低电平就产生复位图35 STC89C51时钟电路与复位电路maxbook118com STC89C51单片机的主要特性增强型流水线精简指令集结构8051CPU工作电压34V55V 5V单片机20V38V 3V单。