1、个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 1 / 11 基于51单片机的超声波测距仪的设计 完成人：尹雷非接触测量距目标物体的长度。 功能要求： 能达到短距离测量的目的，保证测量的精度尽量小，测量的结 果能清晰稳定的显示在数码管上。并能连续测量，当距离变化时 能够敏锐的反应，达到距离变显示变的效果。 1.2 系统组成及工作过程 2 硬件设计 2.1 硬件电路总体设计 接收显示终端以单片机为核心连接数码管，超声波发送与接收 端以单片机为核心分别连接功率放大电路与超声波接收电路。 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 3 / 11 2.2单片机模块电路设计 单片机采用STC89
2、C52或其兼容系列。系统采用12MHZ高精度的晶振， 以获得较稳定的时钟频率，并减小测量误差。单片机用P1.0端口输 出超声波换能器所需的40kHz方波信号，利用外中断0口监测超声波 接收电路输出的返回信号。 单片机的最小系统如图2所示。 图2 51单片机的最小系统 2.3 接收显示终端电路 显示电路采用简单实用的 4位共阳 LED数码管,位选为P20 P22，使用 9012三极管作为位驱动。本电路的显示方式属于动态方式, 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 4 / 11 各显示位段引脚 a dp并联在一起, 共用直接连到单片机P1端。可以稳定清晰显示测量结果。电路图如 下。 图
3、3 数码管电路 2.4超声波发送电路 发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成，单片机P1.0 端口输出的40kHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的 一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极 ，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声 波的发射速度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。 两个上拉电阻一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力 ；另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，以缩短其自由振荡 的时间。 电路图如下： 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 5 / 11 2.5超声波接受电路 集成电路CX
4、20186A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电 视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距 的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路 ，实验证明，用CX20186A接收超声波具有很高的灵敏度和较强的抗 干扰能力。接收的回波直接连接到INT0端口，通过低电平来触发单 片机的外部中断，并有单片机计算数据，送达数码管显示，从而实 现了测距的目的。 4 软件设计 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 6 / 11 4.1 软件总体设计 超声波测距器的软件设计主要由主程序、超声波程序发生子 程序、超声波接收中断程序、超声波溢出显示程序及测量
5、正常显 示子程序组成。由于C语言程序有利于实现较复杂的算法，又可以 通过软件延时的调试来精确延时。而超声波测距器的程序既有较 复杂的计算m=(172T0 /10000cm 其中T0为中断T0的计数值。 测出距离后，结果以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5S， 然后再发出超声波脉冲重复测量。 主程序流程图如下： 4.3显示模块程序设计 显示模块由于要实现三位数码管的动态显示，所以采用动态扫 描的方式，由于测量的数据是实时变化的，要求每次显示的时间为1 s左右，所以每次显示都在一个循环里面实现。 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 8 / 11 4.4外部中断模块程序设计 当单
6、片机接收到回波的时候，触发外部中断的发生，此时应首先 关闭定时器，然后在对定时器中的数据进行处理，通过定时器所记 得数计算出距离目标物体的距离。并把数据进行分离，分别赋给数 码管的三个端。最后将定时器清零，以便下一次继续测量。 4.5定时器中断模块程序设计 由于主程序执行完后等在延时的过程中，此时若距离目标物体太 远，超声波能量耗尽不能返回至单片机，则触发定时器中断，此时 赋给数码管三个为选为F，若中断发生，则数码管显示“FFF”，表 示距离太长，然后将定时器关闭。等待下一次测量的到来。 5 实验及结果 超声波测距系统要求能在短距离内稳定、清晰、准确的显示测量结 果。我们在多次测量的情况下得出
7、了如下表中的数据。实验证明， 本系统在2M得范围内，最大误差只有1厘M，可以很好的完成测量的 任务。并且在4M得范围内误差能控制在2cm以内,基本上可以达到测 量要求。 单位：cm 实际距 离 5 8 15 25 40 50 60 70 显示距 离 18 18 18 25 40 50 60 70 实际距 离 10 0 13 0 15 0 18 0 20 0 25 0 30 0 35 0 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 9 / 11 图示为距离目标为1.08M的情况下测量。 下图为测量距离时的俯视图 左面与探头平行的刻度为1.07M 测量准确。 附录1 实物照片 超声波测距仪外观 附录2 硬件电路图 单片机最小体统部分电路图 数码管显示电路 显示距 离 10 0 13 0 15 0 18 1 20 1 25 1 30 2 35 2 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 10 / 11 超声波发送部分电路图 超声波接收部分电路图 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 11 / 11
