单片机课程设计--超声波测距仪

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1、课程设计成果说明书题目：超声波测距仪的设计学生姓名：学号：学院：班级：指导教师：2015年11月20日摘要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，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。 超声波测距仪，可应用于汽车倒车、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。利用超声波指向性强，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

2、声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。   本设计的超声波测距仪利用超声波传输中距离与时间的关系，采用以STC12C5A单片机为核心进行控制及数据处理，最终完成超声波测距仪的硬件电路和软件设计。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、系统电源电路及显示电路构成。整个程序采用模块化设计，由主程序、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，实现超声波测距器的各种功能。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

3、现了各个功能模块。 关键词：超声波；测距；传感器1.选题背景随着科技发展的不断进步，自动测量技术不断更新，非接触式测量技术也有了长足的发展。在很多工控场合，测量的物体是不能够直接接触到的，或者是测量物体不宜直接接触,这个时候就要用到非接触式的测量仪器。自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，从此超声波技术得到广泛运用。而在超声波测量领域，尤其是在测距领域，结合各种其他技术的应用，超声波测量变得十分普及。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，传播速度仅为光

4、波的百万分之一，纵向分辨率较高。超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感，因此超声测距对于被测物处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力，在液位测量、机器人避障和定位、倒车雷达、物体识别等方面有着广泛的运用。与其他测距方法相比，超声波测距方法有其自己的特点：(1)相对于声波，超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中的衰减较小、反射能力较强等优势。(2)相对于光学方法，超声波的波速小，可以直接测量较近目标的距离，纵向分辨率较高；对色彩、光照度、电磁场不敏感，被测

5、物体处于黑暗，有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘测方面具有独特的优点。(3)超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化。随着科学技术的快速发展，超声波的应用将越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的超声波技术还十分有限，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。2.设计思路超声波测距系统包括超声波的发射与接收系统、报警系统和显示系统。其结构框图如图2-1所示：超声波接收单片机控制器LED显示扫描驱动报

6、警装置超声波发射2-1超声波测距系统的结构框图本系统的设计主要分为系统硬件电路的设计和系统软件程序的设计两部分。系统硬件电路部分由单片机最小系统模块、显示模块、语音报警模块、时钟模块、复位模块组成。单片机为系统主控芯片，超声波传感器作为测量器件，通过单片机进行程序处理，最后通过显示模块显示出测量的距离值并进行报警。如图：3-1超声波测距系统软件框图。图3-1超声波测距系统软件框图1.基本原理 超声波测距系统能够在必要的时候（例如：汽车倒车）通过单片机控制发射电路发射超声波，超声波向前传播。当超声

7、波遇到障碍物时会反射回来，由接收电路接收。接收电路会把信号传送到单片机中，由单片机进行相关的数据处理。所得到的结果会通过LED数码管显示出来。如果距离小于一个特定的值，单片机会发出指令让报警装置发出相应的警报声。在此过程中，如果发射装置与障碍物之间有相对运动，那么LED数码管会不断地显示两者之间最新的距离。而单片机会对距离的变化情况发出不同的指令。如果两者的距离超出一定的范围（本次设计是四米），就不再会进行报警。但是如果两者之间的距离不断缩小，那么报警的声音就会发生变化，以便能够给人们提示。超声

8、波测距器是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差△T，然后求出距离L。 基本的测距公式为： S=(△T/2)*V  其中式中： S：为被测距离；    △T：为发射波和反射波之间的时间间隔；       V：为超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s 。声速确