1、基于 51 单片机超声波测距仪设计 基于 51 单片机超声波测距仪设计系 别 ： 电子信息工程系班 级 ： 电信四班小组成员 ：施鹏 1512220405磨国强 1512220407胡广富 1512220430指导老师 ： 周光祥 基于 51 单片机超声波测距仪设计 桂林电子科技大学职业技术学院基于 51 单片机超声波测距仪设计 摘 要超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超
2、声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。系统的设计主要包括两部分，即硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括单片机电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路，另外还有复位电路和 LED 控制电路等。我采用以 AT89C51 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。整个电路采用模块化设计，由信号发射和接收、供电、温度测量、显示等模块组成。发射探头的信号经放大和检波后发射出去，单片机的计时器开始计时，超声波被发射后按原路返回,在经过放大带通滤波整形等环节,然后被单片机接收,计数器停止工作并得到时间。温度测量后送到单片机,通过程序对速度进行校正, 结合两者实现超声波
3、测距的功能。软件程序主要由主程序、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。它控制单片机进行数 据发送与接收，在一定温度下对超声波速度的校正，还有实现数据正确显示在 LED 上。另外程序控制单片机消除各探头对发射和接收超声波的影响。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。 实际的环境对超声波有很大的影响，如外部电磁干扰电源干扰信道干扰等等，空气的温度对超声波的速度影响也很大。此外供电电源也会使测量差生很大的误差。再设计的过程中考虑了这些因素，并给出了一些解决方案。 关键词： AT89C51 超声波 测距基于 51 单片机超声波测距仪设计 目 录1 绪论 .11.1 设计背景 .12
4、 电路总体设计方案 .22.1 电路总体框图 .23 单片机概述 .33.1 AT89C51 单片机主要性能 .33.2 AT89C51 内部组成 .34 超声波概述 .44.1 超声波传感器介绍 .44.2 超声波时序图 .4基于 51 单片机超声波测距仪设计 4.3 超声波测距原理 .55 硬件设计 .65.1 硬件设计原理图 .65.2 复位电路 .65.3 晶振电路 .75.4 LED 数码管显示电路 .76 软件设计 .86.1 程序设计流程图 .86.2 程序源代码 .97 总结 .127.1 设计总结 .12致谢 .13参考 文献 .14基于 51 单片机超声波测距仪设计 第 1
5、 页1 绪论1.1 设计背景及重要意义 近年来，随着电子测量技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在 20kHz 以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。 由于超声测距
6、是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业
7、实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。基于 51 单片机超声波测距仪设计 第 2 页2 电路总体方案2.1 电路总体框图电路总体框图包括 51 单片机最小系统，HC-SR04 超声波测距模块，LED 数码管显示电路，蜂鸣器报警电路和按键电路。图 2.1 电路基本框图基于 51 单片机超声波测距仪设计 第 3 页3 单片机概述3.1 STC89C51 主要性能STC8
8、9C51 是 STC 公司推出的一款超强抗干扰，加密性强，在线可编程，高速，低功耗 CMOS 8 位单片机。片内含 4k bytes 的可反复擦写 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机数据存储器（RAM），器件采用 STC 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容， 片内置通用 8 位中央处理器 （CPU）和 Flash 存储单元， 功能强大的 STC89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。3.2 STC89C51 内部组成STC89C51 单片机的框图如图 3.2 所示，各功能部件由内部总线连接在一起。基于 51
9、单片机超声波测距仪设计 第 4 页图 3.2 STC89C51 单片机框图4 超声波概述4.1 超声波传感器介绍超声波是一种频率比较高的声音，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。超声波测距的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得到了广泛应用。超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1 压电传感器；2 磁致伸缩传感器；3 静电传感器。4.2 超声波时序图基于 51 单片机超声波测距仪设计 第 5 页图 4.2 超声波时序图4.3 超声波测距原理超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来实现的，设超声波脉冲由传感器发出到接收所经历的时间为 t，超声波在空气中的传播速度为 c，则从传感器到目标物体的距离 D 可用下式求出：D=ct/2。其系统框图如图 4.3 所示。障碍物
