基于51单片机的超声波测距仪

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1、机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系别：电子工程系专业：通信工程班级：051班设计题目：超声波测距学生姓名：王权于建坤指导教师：董玉华李厚杰杨亚宁李婷完成日期：2008年03月19日目录一、设计任务和性能指标1二、设计方案1三、系统硬件设计3四、系统软件设计5五、调试及性能分析8六、心得体会10参考文献11附录1系统硬件电路图12附录2程序清单13一、设计任务和性能指标1.1设计任务设计一个超声波测距器，可应用在汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置测控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求用AltiumDesigner6画出系统的电路原理图（要求以最少组件，实现系统

2、设计所要求的功能），印刷电路板（要求布局合理，线路清晰），绘出程序流程图，并给出程序清单（要求思路清晰，尽量简洁，主程序和子程序分开，使程序有较强的可读性）。1.2性能指标1、测量范围10—80cm；2、测量精度1cm；3、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；4、测量范围扩展为10cm—4m，提高测量精度。二、设计方案超声波测距仪是利用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

3、距离(s)，即：s=340t/2 。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。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且没有显示，操作使用很不方便。超声波指向性强,穿透能力强,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。如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。但由于超声波传感器的成本较高,所以一般运用于专业领域,民用产品中运用较少。考虑到一般情况下对测距的要求较低,可在一定程度上牺牲其精确度和测距范围,从而降低成本,使其运用范围大大扩展。超声波测距系统主要由声波发射电路、回

4、波接收电路以及信号采集电路、温度补偿电路等组成。2.1硬件方案选择（1）超声波发射电路总体上讲，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。电气方式包括压电型、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。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部主要由两个压电晶片和一个共振板组成。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如

5、果两电极间未外加电压，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器了。这种压电式超声波传感器是利用内藏的压电晶体的压电效应。压电晶体在外电场作用下会产生机械变形，或者使压电晶体变形也会产生电压，前者称为逆压电效应，后者称为正压电效应。利用压电晶体的逆压电效应，电路的高频电压会转换为高频机械振动，以产生超声波，作为超声波发生探头，利用压电晶体的正压电效应可将接收的超声波振动转换成电信号，作为超声波接收探头。（2）超声波接收电路超声波接收电路的作用是对接收的超声波信号进行放大，并将放大后的信号处理成系统可以处理的电平信号。（3）温度补偿电路超声波

6、是一种声波，其声速c与温度有关。如果测距精度要求很高时，则应通过温度补偿的方法加以校正。温度测量可以使用数字温度传感器DS18B20。（4）超声波测距器的算法设计超声波测距的原理即超声波发生器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发射回来，就被超声波接收器所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到返回信号所用的时间，就可以算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：其中d为被测物体与测距器的距离，s为声波来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。（5）系统硬件框图如图1所示。图1系统硬件框图2.2超声波测距器的软件系统软件主要由主程序、超声波发射子程序、超声波

7、接收中断程序及显示子程序组成，如图2所示。图2系统程序结构框图超声波测距器主程序利用外部中断检测返回超声波信号，一旦接收到返回的超声波信号，立即进入中断程序。三、系统硬件设计主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用STC89C55来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT