基于单片机的超声波测距系统设计
目录
一、摘要………………………………………………………………3
二、正文………………………………………………………………3
1、引言……………………………………………………………3
2、系统设计方案…………………………………………………4
2.1超声波测距的原理……………………………………… 4
2.2设计框图………………………………………………… 4
2.3 US-100超声波收发模块…………………………………4
2.4 单片机电路……………………………………………… 6
2.5 蜂鸣器报警电路………………………………………… 8
2.6显示电路………………………………………………… 9
2.7供电及程序下载电路……………………………………10
3 软件编程……………………………………………………… 10
3.1软件流程图………………………………………………10
3.2主程序…………………………………………………… 11
4、下载调试………………………………………………………19
5、实物图…………………………………………………………19
6 元件选择……………………………………………………… 20
三、总结………………………………………………………………20
四、参考文献…………………………………………………………20
1
一、 摘要
超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。
本设计详细介绍了超声波传感器的原理和特性，分析了超声波测距的原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以STC89c52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。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、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。
关键词：超声波 单片机 测距 STC89c52
Abstract
Ultrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy
consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the
scheme of distance finding that sensor technology and automatic
control technology combine together ,ultrasonic wave finds range to
use the most general one at present ,it applies to guard against
theft , move backward the radar , water level measuring , building
construction site and some industrial scenes extensively。
This subject has introduced principle and characteristic of the
ultrasonic sensor in detail ，on the basis of analyzing principle
that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and
questions needed to consider that have pointed out that designs and
finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high
accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and
software design method taking STC89c52 as the core ,this circuit of
system is reasonable in design, working stability, performance good
measuring speeding soon , calculating simple , apt to accomplish
real-time control ,and can reach industry's practical demand in
measuring the precision 。
Key Words: Ultrasonic wave; One-chip computer; Range finding;
STC89c52
二、 正文
1 、引言：
测量距离的方法有很多种，短距离的可以用米尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速2
度为331.45米/秒，由单片机负责计时，系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
2、系统设计方案
2.1超声波测距的原理
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight），也可以称为回波探测法，如图所示。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，超声波在介质中传播，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。根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中(20℃)的传播速度为340m/s(实际速度为344m/s这里取整数)，根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离，公式S340*t/2。
图1 超声波测距原理
由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，表1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。
表1 声速与温度的关系
2.2设计框图
本研究设计的超声波测距仪框图如图所示。 3
超声波测距仪方框图
2.3 US-100超声波收发模块
该超声波收发模块可自己产生40kHz的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头接收。经接收电路的检波放大，积分整形，在ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。具体过程如图3所示。
US-100超声波收发模块工作时序图
上图表明：只需要在Trig/TX管脚输入一个10us以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号，当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。
在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一个高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值为：（高电平时间*340m/s）/2
注：因为距离值已经经过温度校正，此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，也就是不管温度多少，声速选择340m/s即可。
使用US-100超声波收发模块进行距离测量测量时，单片机只需要输出触发信号，并监视回响引脚，通过定时器计算回响信号宽度，并换算成距离即可。该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠，其参数指标如表2所示。
表2 US-100模块电气参数 4
应注意测量周期必须在60毫秒以上，防止发射信号对回响信号的影响。
US-100超声波模块外形图
2.4 单片机电路
本设计选用单片机STC89C52，其管脚如图所示。 5
STC89C52单片机管脚图
该芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图6所示。
图中TRIG引脚为单片机发送触发信号的引脚，ECHO引脚为US-100模块送回回响信号的引脚，接至单片机外部中断P3.2脚上，可以利用外部中断测量回响信号宽度。
当测量距离小于阈值20cm时，单片机通过管脚P3.6发出灯光报警信号，触发LED报警灯亮，同时通过管脚P3.7发出声音报警信号beep，该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。 6
图6 单片机系统及超声波模块接口原理图
2.5 蜂鸣器报警电路
图7所示为蜂鸣器报警电路。由于单片机管脚的灌电流比拉电流容量大，因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响，高电平关闭。当P3.7脚输出低电平时，PNP型三极管8550导通，有集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。当P3.7脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器关闭。 7
图7 蜂鸣器报警电路
2.6显示电路
显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：
表3 液晶屏技术指标
接口信号说明如表4所示。
表4 液晶屏接口信号说明与单片机接口
电路如图8所示。
图8 LCD与单片机接口电路
超声波测距-毕业设计论文完整版.doc
大学学士学位论文
I 摘 要
随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。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，因而超声测距技术的研究和开发具有实际意义。
本文介绍了一种利用超声波测距的系统，该系统是一种基于STC12C2052 单片机的超声波测距系统，它根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为检测部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块和显示模块等四个模块构成。通过单片机的I/O口控制超声波发射电路发出40KHz的超声波，反射波经由超声波检测接收电路、放大电路送入单片机外部中断端，通过计算超声波的发射和返回的时间，确定超声波发生器和反射物体之间的距离，完成测距。该系统可实现4米内测距，盲区20厘米。
关键词： 超声波；测距；单片机
大学学士学位论文
II Abstract
With the development of society, the demand on the measurement of distance or length is
increasing. It is applied widely by ultrasonic to measure distance,such as cars reversing radar，
range finder and level measurement and so on.Because of the strong point of ultrasonic, low
energy consumption,long distance transporting in media, thus it is practical and significant to
毕业设计基于51单片机的超声波测距模块设计
西南科技大学
毕业设计（论文）
题目名称：基于51单片机的超声波测距模块设计
年 级：2003级 ■本科 □专科
学生学号：20035095
学生姓名：时余春 指导教师：何宏森 胡天链
学生单位：信息工程学院 技术职称：讲师
学生专业：生物医学工程 教师单位：信息工程学院
西 南 科 技 大 学 教 务 处 制
基于51单片机的超声波测距模块设计
摘要：本文介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声波测距模块。该模块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。论文概述了超声检测的发展及基本原理，介绍超声波传感器的原理及特性。对于测距系统的一些主要参数进行了讨论。并且在介绍超声测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。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。进一步介绍了单片机AT89C51在系统中的应用，分析了系统各部分的硬件及软件实现。最后利用测距系统进行验证。实验表明，各主要波形及技术指标均达到设计要求。该系统对室内有限范围的距离测量具有较高的精度和可靠性，最后文中分析了误差产生的原因及如何对系统进行完善。
关键词：51单片机；超声波；测距
Design of Ultrasonic Distance Measurement
Based on AT89C51 MCU
Abstract: The thesis introduces a kind of single-pulse-refection ultrasonic
distance meter system module in detail based on Microcontroller. The system
could measure certain distance with the reflected wave on condition in which
AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计
AT89C2051单片机结合温度补偿的超声波测距系统设计
0 引言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。利用单片机控制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。1
系统设计超声波测距的最远距离和分辨能力，不仅需要良好的换能器，也需要合理的驱动电路及回波探测电路。对发射而言，为了使电能到机械能的转换效益最大，换能器必须工作在它的共振频率处。对接收电路而言，为了使机械能到电能的转换效率最大，最佳工作点必须取在反共振频率处，在传感器系统中，发射部分的共振频率要与接收部分的反共振频率相匹配。同时，温度对声速有着较大的影响，温度补偿无疑是减少误差的很好方法。本设计选用T40-16T／R超声波传感器，设计了一种以AT89C2051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。为了进一步提高系统测量精度和系统稳定性，在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块、温度测量补偿模块等五个模块组成，组成框图。
超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。单片机在TO时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。2．1 超声波测距单片机控制系统单片机AT89C2051采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机P3．5端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3．6端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管，段码输出端口为单片机的P1口，位码输出端口分别为单片机的P3．2、P3．1、P3．0口，数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。而温度测量采用简单的DS18B20温度传感器，测量结果送入P3．4口，利用公式算出声速。
51单片机实现超声波测距报警系统
51单片机实现超声波测距报警系统
超声波测距报警系统是一种基于51单片机的硬件电路和软件程序开发的测距设备。本文将从设备原理和设计、电路连接和程序开发等方面进行详细介绍。
一、设备原理和设计
超声波测距报警系统的原理是利用超声波传感器测量并计算被测物体与传感器的距离，并通过单片机采集和处理超声波信号，根据测量结果触发报警和显示等功能。
1.超声波传感器：超声波传感器是用来发射和接收超声波信号的装置，一般由发射器和接收器组成。发射器发射超声波信号，接收器接收被测物体反射的超声波信号。
2.单片机：本系统采用51单片机作为控制核心，负责采集和处理超声波信号，控制报警和显示等功能。
3.报警器：当距离小于设定阈值时，触发报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示屏：用来显示测量结果，一般为数码管或液晶显示屏。
5.电源和电路：提供系统所需的电源和信号连接电路。
二、电路连接
超声波测距报警系统的电路连接主要包括超声波传感器、单片机、报警器、显示屏以及电源等模块。 1.超声波传感器连接：将超声波传感器的发射端和接收端分别连接到单片机的引脚上，发射端连接到P1口，接收端连接到P2口。
2.报警器连接：将报警器连接到单片机的一个IO口，通过控制该IO口的高低电平来触发报警。
3.显示屏连接：将显示屏连接到单片机的相应IO口，通过向显示屏发送数据来显示测量结果。
4.电源连接：将电源连接到单片机以及其他模块的供电端，确保系统正常工作。
三、程序开发
1.初始化设置：包括引脚和端口的初始化设置，包括超声波传感器引脚和单片机的IO口设置。
2.测量距离：通过单片机控制超声波传感器发射超声波信号，并通过接收器接收反射的超声波信号，计算出被测物体与传感器的距离。
3.报警触发：根据设定的阈值，当测量到的距离小于阈值时，通过控制报警器发出声音或闪光等警告信号。
4.显示结果：通过控制显示屏将测量结果显示出来。
5.循环检测：通过循环检测的方式，不断进行测量并处理数据，实时更新测量结果和触发报警。
基于AT89S51单片机的超声波测距系统设计
第３１卷第４期 ２０１３年８月 陕西科技大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３ｌ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２Ｏ１３
文章编号：１０００—５８１１（２０１３）０４ ０１２７—０４
基于ＡＴ８９Ｓ５ １单片机的超声波测距系统设计
林二妹
（闽南理工学院，福建石狮３６２７００）
摘 要：在分析超声波测距原理的基础上，指出了设计测距系统的思路和所要考虑的问题，详
细介绍了以ＡＴ８９Ｓ５１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 电路和软件的设计方法，系统电路设计合理、．７－作稳定、性能良好、检测速度快、易于做到实时
控制，测量精度上达到了工业实用的要求．
关键词：单片机；超声波；测距 中图法分类号：ＴＰ２１６ ．１ 文献标识码：Ａ
Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＭ ＡＴ８ ９Ｓ５ １
ＬＩＮ Ｅｒ—ｍｅｉ （Ｍｉｎ Ｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｓｈｉ ３６２７００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｔｈｏｕｇｈｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄｌｙ ｃｏｎ—
ｓｉｄｅｒｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ
ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｕｓｉｎｇ
基于单片机的超声波测距仪设计
本科毕业设计论文
题 目 基于单片机的超声波测距仪设计
专业名称
学生姓名
指导教师
毕业时间 2014.06
毕业 任务书
一、题目
基于单片机的超声波测距仪设计
二、指导思想和目的要求
随着科学技术的快速发展，超声波在测距工程中的应用将越来越广泛。相对毫米波测距、激光测距等其他测距的方式，超声波测距具有成本低、精度高、使用方便、应用范围广等优点。在实际应用中超声波测距指向性强、能耗缓慢、受环境因素影响较小，被广泛的应用于井深、液位、管道长度、倒车等短距离测量。
以单片机为核心结合超声波测距传感器实现超声波测距仪的设计。
三、主要技术指标
1. 研究超声波测距原理，
2. 完成基于单片机的超声波测距仪硬件电路设计。
3. 完成基于单片机的超声波测距仪的软件设计，并进行调试。
四、进度和要求
第01周----第02周： 查找相关资料，对英文资料进行翻译；
第03周----第04周： 熟悉超声波测距仪各个硬件组成和软件编程流程，进行论证、开题、撰写开题报告；
第05周----第08周： 绘制电路原理图，编写程序和调试。
第09周----第13周： 利用Proteus 进行仿真实现；
第14周----第16周： 撰写毕业设计论文，论文答辩。
五、主要参考书及参考资料 设计
论文 [1] 赵建领，薛园园等主编的单片机开发与应用技术详解平[M]电子工业出版社，2009.
[2] 李朝青，单片机原理及接口技术（第3版） [M]北京航空航天大学出版社，2005.
[3] 薛小玲，刘志群，贾俊荣，单片机接口模应用与开发实例详解[M]北京航天航空大学出版社，2010.
[4] 谭浩强，C++面向对象程序设计.清华大学出版社，2006.
[5] 赵建领，薛园园等主编的单片机开发与应用技术详解[M] 电子工业出版社，2009.
基于AT89C52的超声波测距系统设计
《工业控制计算机｝２０１４年第２７卷第２期 １２５
基于ＡＴ８９Ｃ５２的超声波测距系统设计 Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴ８９Ｃ５２ 胡 晓 巴力登 （新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐８３００４７） 摘 要 随着科学技术的不断发展，超声波测距装置得到了越来越多领域的应用。在超声波测距系统的运用场合中，其测距系 统具有不同的精度，系统的误差较大，且常常不能满足应用的需求。论述了基于ＡＴ８９Ｃ５２单片机的超声波测距技术，可以 实现无接触的测距功能，提出采用模块化设计，综合分析实现超声波测距仪的各种功能。 关键词：ＡＴ８９Ｃ５２，超声波，测距 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｆｉｅｌｄｓ． Ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅ ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｅｄ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｌａｒｇｅ．ａｎｄ Ｏｆｌｅｎ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｒａｎｇｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴ８９Ｃ５２ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ。ａ ｃｏｍｐｒｅ－ ｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｅｒ． 。 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴ８９Ｃ５２．ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ，ｍｅａｓｕｒｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ 在倒车雷达中，最核心的环节是测距仪的研制，因此，设计测 距仪就显得非常重要。测距的方法也比较多，例如激光测距、微波 测距、红外线及超声波测距等，其中超声波测距的方法是最容易 实现的。现在有许多的超声波测距电路，设置时超声波测距的专 用芯片，然而一些回路复杂，制作工艺及调试困难，很多元件也不 容易购买，本文所设计的这种电路性能可靠，提高了测量精度。这 种超声波测距装置可以被用在需无接触测距的特殊场合。 １超声波传感器 超声波传感器就是当超声波传感器发射超声波时，发射探头 将电压转化成超声波并发射出去；在接收超声波时，接收探头将 收到的超声波转化成电压，并送回到单片机控制芯片的传感器。 超声波传感器的种类很多，按照实现超声波传感器机电转换 的物理效应的不同可分为电动式、电磁式、磁滞式、压电式等。本 次设计中我们采用的是压电式超声波传感器：Ｔ／Ｒ４０—１６传感器。 在压电式超声波传感器的发射和接收探头上，安装有双晶 振子，就是将两片压电陶瓷片以相反极性化方向粘贴。发射探头 工作时，若是在其双晶振子上施加４０ｋＨｚ的电压，双晶振子的 陶瓷片就会因压电逆效应产生变化。由于两陶瓷片的极性相反， 一片伸长，另一片缩短，产生振动，即向外界发出４０ｋＨｚ的超声 波。接收探头工作时，探头上的双晶振子随着接收到的超声波频 率振动，因压电效应产生４０ｋＨｚ的电压。这样就完成了超声波 信号和电压信号间的相互转换…。 ２超声波测距原理 超声波测距原 理如图１所示［ ，是 利用已知的超声波 在空气中传播的速 度Ｃ，测量到的声波 在发射后遇到障碍 物反射回来的时间 图１超声波测距原理 国家自然科学基金资助项目（５１２６９０３１） Ｔ，根据距离公式Ｓ＝Ｃ×Ｔ，计算出所需测量的距离Ｌ为： Ｌ＝７／２Ｃｘ７－ （１） 分析超声波测距误差产生的原因，可以提高测量精度，由于 超声波在空气中的传播速度Ｃ与温度有关，因此，考虑温度的 影响。当环境温度变化显著时，声速与温度的关系为。。】： Ｃ＝３３１．４ｘ、ｖ／ 万一３３ ７．４＋０，６０７Ｔ（ｍ／ｓ） （２） 同时在上图所示的测距原理中，由于发射探头与接收探头形成 了一个夹角，当Ｌ＞＞×时，此夹角可忽略不计，Ｌ１／２Ｃ×Ｔ。通过对以上 两方面误差的处理 ，我们所设计的测距系统精度得到了提高。 ３超声波测距仪系统 超声波测距仪系统主要由超声波发射电路、超声波接收电 路，单片机电路、ＬＣＤ显示电路及蜂鸣器报警电路组成。超声波 发射电路主要由反相器７４ＬＳ０４和超声波换能器构成，超声波 接收电路主要由集成电路ＣＸ２０１０６Ａ芯片电路构成＿５］。 超声波测距仪系统框图如图２所示： 超声波发射电路Ｉ－－ — ＬＣＤ娃示电路 Ｉ ＡＴ８９Ｃ５２ ｝ 一蜂鸣器报臀电路 超声波接收电路 图２超声波测距仪系统框图 工作时，单片机输出４０ｋＨｚ的方波信号到超声波换能器， 由超声波换能器发射出４０Ｈｚ的超声波信号，同时单片机开始 计时。超声波信号遇到障碍物返回到接收端，由ＣＸ２０１０６Ａ对 其进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较之后，再送往 单片机进行分析处理，并将所得数据传送到ＬＣＤ显示器中 ６］。 当所测距离小于某一预定值时，单片机产生３ｋＨｚ信号，送到三 极管基极，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。 ３．１超声波发射模块的设计
基于单片机的超声波测距仪论文
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毕业设计（论文）
题 目：基于单片机的超声波测距仪
.
. 摘 要
在空气介质中超声测距传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统，以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。由于超声波传播不易受干扰，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，如测距和物位测量等都可以通过超声波来实现。为此，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器及其收发电路，对于超声波检测技术的发展具有十分重要的现实意义。
本设计介绍了基于单片机控制的超声测距的原理：由STC89C52控制定时器产生一定频率脉冲，计算从发射到接收回波时间，从而得到实测距离，数据处理采用，显示距离，语音播报。
关键词：超声波，距离测量，语音播报，单片机.
. ABSTRACT
In the air medium, ultrasonic range finder sensor because of its good
performance, low price, convenient use, in the field of robot positioning
system, automatic vehicle navigation, vehicle safety driving assist system, city
traffic management and management of expressway monitoring system, as
well as river, well and warehouse and material level detection used in.
Because the ultrasonic wave propagation is not susceptible to interference,
基于单片机的超声波测距器设计
科技信息 ０机械与电子０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第３１期 基于单片机的超声波测距器设计 张 （重庆工程职业技术学院 荣 中国重庆４０００３７） 【摘要】超声波测距器，可以应用于液位、井深、管道长度的测量等场合，也可用于如一些工业现场的位置监控。要求测量范围在０．１Ｏ一 ５ ＯＯｍ，测量精度１ｃｍ，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 【关键词】单片机；超声波；测量距离 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００３７，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ，ｗｅｌｌ ｌｅｎｇｔｈ，ｔｕｂｅ ｄｅｐｔｈ ｉｎ ｓｕｃｈ ｓｉｔｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｃａｒ ｂａｃｋｉｎｇ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ０．１０ ａｎｄ ５．００ ｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｌｅａｒ ａｎｄ ｓｏｕｎｄ，ｔｈｅｉｒ ｄａｔａ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｗｉｔｈｉｎ １ａｍ．ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｈａｉ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｓｅｔ；Ｕ１ｔｒａｓｏｕｎｄ；Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ １ 设计要求 ３系统硬件电路设计 设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、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。要求测量范围在０．１Ｏ一３．００ｍ，测量精度ｌｃｍ，测量时与被测物 体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 ２设计思路 超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于２ＯｋＨｚ的机械波。为了以超声波作为检测手 段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功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。超声波传感器有发 送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重 作用。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。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法ＴＯＦ（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）。首 先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经 历的时间．再乘以超声波的速度就得到二倍的 声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种．短距离的可以 用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适 用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标 准空气中的传播速度为３３１．４５米／秒，由单片 机负责计时，单片机使用１２．０ＭＨｚ晶振，所以 此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在 介质中传播距离远．因而超声波可以用于距离 的测量。利用超声波检测距离．设计比较方便． 计算处理也较简单．并且在测量精度方面也能 达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电 气方式产生超声波．一类是用机械方式产生超 ３．１单片机系统及显示电路 单片机采用８９Ｓ５１或其兼容系列。采用１２ＭＨｚ高精度的晶振，以 获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用Ｐ１．０端口输出超声 波转化器所需的４０ＫＨｚ方波信号，利用外中断０口检测超声波接受 电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的４位共阳ＬＥＤ数码 管，段码用７４ＬＳ２４４驱动，位码用ＰＮＰ三极管驱动。单片机系统及显 示电路如图３所示。 图２超声波测距板原理框图
基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计毕业设计
I 图书分类号：
密 级：
毕业设计(论文)
基于AT89C51单片机超声波测距仪的设计
BASED ON AT89C51 ULTRASONIC
RANGEFINDER DESIGN
学生姓名
学院名称 信电工程学院
专业名称 电子信息工程技术
指导教师
II 摘要
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的，其频率在20000Hz以上。由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，因此常用于测量物体的距离。
本文介绍了基于AT89C51单片机的超声波测距仪的软硬件设计，整个系统分为单片机控制模块、发射模块和接收模块组成。程序采用模块化设计，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。超声探头接收的信号经单片机综合分析处理后，实现了超声波测距仪的各种功能。
关键词 超声波 AT89C51 测量距离
III 目 录
1 绪论 ...................................................................... 1
1.1 研究背景 .............................................................. 1
1.2 研究内容 .............................................................. 1
2 相关知识 .................................................................. 2
2.1 超声波发生器 .......................................................... 2
2.2.单片机的任务 .......................................................... 2