超声波测距仪的设计.docx

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1、超声波测距仪的设计摘要：本设计采用以AT89C52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。整个电路采用模块化设计，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。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此根基上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关局部附有硬件电路图、程序流程图。经实验证明，这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。关键字：单片机趣声波测距仪目录1绪论11.1 选题背景及研究意

2、义11.2 研究步骤、方法22设计方案42. 1设计的目的和要求42.2系统的工作原理53系统硬件电路的设计73. 1单片机简介73. 1.1单片机的开展与应用73. 1.2AT89C52单片机的概述83.1 超声波传感器123.2 超声波接收电路133.3 超声波接收电路143.4 1ED码管154设计原理及工作说明174.1 计原理图及分析174.2 设计说明18完毕语19附录一超声波测距仪电路图21附录二超声波测距仪汇编程序241绪论随着科学技术越来越广泛地使用，科技成果的迅速开展，给人民的日常生活，给我们的生活方便了许多。超声波测距仪，就是本着这个宗旨，利用超声波功能为我们服务。1.1

3、 选题背景及研究意义人们可以听到声音的振动产生的原因是对象，在为20Hz-20kHz的，超过20KHZ的范围称为超声，低于20HZ的叫次声的频率。超声波频率用于千赫，几十兆赫不等。由于超声波指向性，往往用于距离测量。利用超声波检测往往更快速，方便，计算简单，易于做到实时控制和测量精度可以到达工业的实际要求标准了，因此在移动机器人，汽车安全，海洋测绘等得到广泛应用范围。这种设计提供了一系列数字显示装置，该装置使用单独的发送和接收超声波传感器和单片机。超声波传感器在发射和接收操作，利用空气中的速度和声波脉冲发射到接收反射脉冲来计算的距离之间的距离障碍超声波的时间间隔。这种设计使在前面的障碍距离测量

4、，被测物体距离的增加和减少，数码管显示不同的值。用超声波检测距离，设计更加方便，计算也对比简单，在测量精度方面能到达我们的日常需要。超声波用于倒车，建筑工地以及一些工业现场监控位置测距仪也可以使用，例如的水平，深度，管长度测量的场合。这种设计是要求非接触式测距，本人设计了一个工程的设计。该设计可广泛用于生活、军事等各个领域，该设计需要设计者有较好的数电、模电知识，并且具有一定的编程能力，综合运用以上知识实现对超声波发射与接收信号进展控制，计算，处理最后在1ED数码管显示。测量范围：0.5m12.0m,测量精度0.1m,不与被测物体直接接触测量，可显示清晰，稳定的测量结果。通过我在大学四年的努力

5、学习，得到了能够获得的专业知识，已经有电路原理，模拟电子技术，数字电子技术，专业知识和微控制器和接口技术，检测与转换，编程知识和能力一定程度上为了使用到的知识服务社会，运用他们的知识，所以我选择这个主题。1.2 研究步骤、方法(1)硬件电路的设计:硬件电路的设计主要包括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四局部。超声波传感器的原理及应用：超声波传感器分为集成与独立的发送和接收到两种。本设计采用超声波传感器发射承受别离式。2单片机的应用及语言：对比常用的单片机有INTE1公司的MCS-51系列单片机，有两大系列MCS-51子系列和MCS-52子系列及ATME1公司AT89C系

6、列单片机，有4种型号：AT89C51、AT89C52.AT89C105kAT90C2051o软件的实现何以用C语言或汇编语言来实现。本设计考虑到功能和成本选取了AT89C52单片机做控制器。3显示器：液晶显示我们可以使用北京精电蓬远显示技术的MD1SI6265B液晶1CD显示器或者八段数码管1EDo本设计选用八段数码管1ED做显示器件。4超声波测距的范围和精度：由于实际需要和传感器的性能限制，测距都要有一定的范围和精度，所以在设计测距仪时应该考虑这两方面的技术要求。本设计选取的传感器要能到达要求的测量范围和精度。二.软件的设计超声波测距仪的软件设计主要由主程序，子程序超声发射，超声波接收中断程

7、序和显示子程序。我们知道，C语言程序有利于更复杂的算法，汇编语言编程效率高，准确计算运行时间，汇编语言程序设计简单。这个设计采用的是汇编语言。2超声波智能测距仪系统的设计方案2.1 超声波智能测距仪系统设计的目的和要求1、智能超声波测距系统的目的是：这种设计的主题是智能超声波测距仪的设计，我们可以看到设计目标是利用超声波传感器测量距离。随着超声波测量距离的超声波发生器原理的超声波发送信号，当超声波反射回来后，经历了被测对象是超声接收者接收时间是To这是计算只要超声波信号发送到接收器从返回信号所用的时间，可以计算出超声波发生器和从物体反射。距离计算公式：d=s2=(ct)2(2-1其中，d为被测

8、物与测距仪的距离，S为声波的来回的路程，C为声速，t为声波往返所用的时间。要设计出超声波智能测距仪，首先要让超声波传感器发射局部发射超声波信号的时候让定时器O计时；再要让超声波传感器承受局部承受超声波信号的时候让定器停顿计时；最后要使计时的时间转换为测量的距离，并且要到达一定的精度。在这个设计中在发射超声波信号的同时翻开了总中断，用定时器O计时，承受超声波信号的时，用外部中断O关闭总中断，这时定时器。中断停顿计时，定时器O中断定时时间定为294US超声波传播经过O.1m所需要的时间来计数。这样可以把测量的时间转化为测量的距离值，又可以使测量到达所需要的精度。在本设计里需要使用用到的超声波传感器

9、和AT89C52单片机、超生波发射和接收电路、1ED数码管、相关驱动电路将在后面介绍。2、超声波智能测距仪系统设计的要求：1设计控制电路、技术实现方式使用单片机控制。2采用超声波测距方式实现。3采用1ED数码管显示结果。2. 2趣声波智能测距仪系统的工作原理距离的超声波测距方法的原理通常使用时间差。首先测量从发射超声波遇到障碍后返回按时间，通过对超声声速的两倍乘以声源与障碍物之间的距离。声波智能测距仪设计测量装置利用超声波传感器，与单片机处理，最后通过1ED数码管显示测量值之间的距离。智能超声波测距仪由四个局部组成，包括微控制器，超声波传感器和数字控制。由上图2.1可以看出，硬件电路设计主要包

10、括单片机系统，超声波发射器和超声波接收器，显示电路四局部组成。或者用AT89C52单片机微控制器系列兼容系列代替。单片机对超声波发射器进展控制，超声波承受器把检测的信号输入到单片机中，然后通过内部程序传输的信号进展分析，计算和处理，由1ED数码管显示测量距离的最终值。超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。设计中单片机内的程序开了定时器0中断和外部中断0,使定时器工作在方式2状态，使THo=6DH,T10=6DH,每过294US超声波传播0.1m所需要的时间中断一次，到到对测量距离计数，外部中断0承受到超声波回波时，外部中断。产生中断，使定时间

11、0停顿计时.定时器O定时初值的推导：T=O.1%340=0.000294S=294US(2-2)T为定时器设置的定时时间.因为在晶振6MHZB寸，机器周期为2US.超声波传播0.1M需要的机器周期数为N=294%2=147(2-3)由此可以知道，定时器0使用方式二的8位自动重装计数器即可,TO的定时初值为X二M-N=256747=109D=6DH(2-4)3超声波智能测距仪系统硬件电路的设计2.1 单片机简介单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机Sing1eChipMicrocomputer。它是中央处理单元CPU，随机存取存储器RAM或EPROM,EEPROM中，只读存储器ROM，定时器/计

12、数器，输入/输出端口I/0和其他主要功能集成到在一个集成电路计算机芯片的微型计算机。目前，有一种微控制器A/D和D/A转换器，高速输入/输出单元，DMA通道，浮点运算和其他特殊功能的新类型。2.1.1 单片机的开展与应用1974年，美国仙童(FairChiId)公司研制的世界上第一个单芯片微型计算机F8。本机有两个集成电路芯片，构造奇特，具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪器仪表领域的欢送和重视。自此，开场了单片机的开展也在不断扩大。现成为微型计算机，单片机开发过程中的重要分支，通常可以分为以下的开展过程划分。1第一代4位单片机(19747976):这是单片机的初级阶段。单片机在此期间生产

13、的特点是集成制造工艺落后，双片形式使用。典型的代表产品有FairChiId公司的F8和MOStek387公司的3870等2第二代低档8位单片机(19767978)：这是微控制器的第二个开展阶段。而生产微控制器这个时代已经能够在单芯片上集成的CPU,并行端口，定时器，RAM和ROM等特点，但性能低，品种少，不是很广泛的应用，英特尔的典型产品公司的MCS-48系列机器。3第三代高档8位单片机(19797982)：这是成熟的单片机阶段。这种单片机的产生和前几代相比，不仅解决了存储容量和范围，并中断源，并行I/O端口，定时器/计数器的数量不同程度增加，更先进的是新的集成全双工串行通讯接口电路。在指令中

14、，一般将乘法和除法和对比指令。在此期间，供给链管理的全系列产品，满足了各种不同领域的需要。代表产品有Inte1公司的MCS-51系列机,Motoro1a公司的MC6801系列机,TI公司的TMS7000系列机，此外,RockweII,NS,G1和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列416位单片机1982-1990年5新一代的单片机自90年代以来供给链管理已经成为更广泛的应用范围：1控制系统。2智能电表。3机电一体化。4智能接口。5智能民用产品。6配电系统的功能。7功能集散控制系统。8局部网络系统。中国于1982年开场使用单片机的短短五年中的最新开展极为迅速。截至今天，单片机应用技术的飞速

15、开展，据统计，我国的单片机年容量已达13亿片，且每年以大约16%的速度增长，但相比于中国的世界市场份额不到1%。特别是在玩具厂等生产产品的沿海地区，大多采用微控制器，并继续向内地辐射，所以在中国供给链管理有一个广阔的前景。2.1.2 AT89C52单片机的概述AT89C52引脚构造图3.1AT89C52引脚构造功能特性描述：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程F1aSh存储器、IOoO次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器、2个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器等AT89C51引脚功能描述VCC:电源GND：地PO口：P0是一个8位漏极开路的双向1/0口。作为输出口，每位能驱动8个TT1逻辑电平。对PO端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，PO具有内部上拉电阻。在f1ash编程时，P0也用来接收指令字节；而在程序校验时，榆出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TT1逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口