单片机超声波测距系统的设计与实现【字数：8817】
摘 要超声波测距是当前最流行的的一种测距方式之一，在倒车雷达、防盗窃、测水位、修建施工以及一些工业场地上被广泛利用。因为其指向性强，能量损耗低，传播距离远等特点，人们对超声波测距系统的研究也是逐渐加强。本文采用单片机作为核心部件，准备设计并实现一个基于51单片机的超声波测距系统。该设计方案主要涉及到AT89S52单片机、超声波传感器、报警系统等相关电路。经过电路设计、软件编程、软硬件调试，在完成proteus仿真的基础上，完成了硬件制作和调试，所做实物亦能较好地测量3米以内的距离并直观清晰地显示出测量数值。整个系统稳定可靠，运行良好。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究内容及相关规划 2
第二章 系统架构及方案论证 3
2.1系统结构框图 3
2.2方案比较 3
2.2.1控制模块的选择 3
2.2.2显示模块的选择 3
2.2.3对比电源模块的选择 4
2.2.4其他模块 4
2.3电路总体方案 4
第三章 硬件设计 5
3.1主控芯片 5
3.1.1单片机引脚介绍 5
3.1.2 AT89S52单片机内部结构 6
3.2 超声波测距模块 7
3.2.1超声波传感器介绍 7
3.2.2 HCSR04超声波测距模块的性能特点 8
3.2.3超声波时序图 9
3.3温度控制电路 10
3.3.1 DS18B20性能简介 10
3.3.2 DS18B20接口设计与工作原理 10
3.4驱动显示电路及报警电路 11
3.4.1 1602 LCD液晶显示屏 12
3.4.2蜂鸣器报警 12
3.5复位电路 13
第四章 软件设计 15
4.1系统电路原理图设计及仿真 15
4.1.1系统电路原理图 15
4.1.2封装 16
4.2 主程序流程图的设计 17
4.3显示数据主程序 17
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/> 4.4报警子程序 18
4.5按键子程序 18
第五章 实物调试及问题解决 20
5.1 实物调试 20
5.2问题解决 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 原理图 25
附录B 仿真图 26
附录C 源代码 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
根据资料显示，最早是由科学家斯帕拉捷从蝙蝠可以在黑夜自由飞翔这一现象中推导出了超声波的存在。后来经过大量实验证明，蝙蝠可以通过喉咙发射一种人类听不到的声音并通过这种声音的反射来躲避障碍物。1912年震惊世界的Titanic撞击冰山引发沉没这一灾难性事件更是促使科学家提出了要用声学的方法来对冰山进行预警，之后的第一次世界大战也进一步加快了对超声波的研究。
在最近这些年，咱们的日常生活和少许工业生产的现场，频繁出现了一些需要非接触测距的实例，好比在带腐蚀性的液体，强电磁干预，毒气等诸多因素下，要进行精确测距是个不可逾越的难关。再例如，测量快速移动的物体时更加复杂困难，难以连续不间断测量，并且测量误差很大。在这些情况下，超声波由于能便捷地进行无线测距，不需要测距人员直接与危险环境进行接触，能减少危险情况的发生，而且还提高了测量的精度，为测量省去很多麻烦，获得了广泛的应用。
超声波在传输过程中可以不受烟雾、空气能见度、灰尘等的影响，在很多顽劣条件下也有着一定的适应能力，另外，超声波系统电路相对简单、有着易实现、造价低等优点，因而已经广泛应用在诸多工业领域。当然，凡事都有相对性，超声波在实际投入中也存在不少问题，一时超声波的衰减性比较大，二是温度、风速会使测量产生误差，故而，设计一种操作起来简单又可靠性高，能够进行实时测量的便捷式测距系统就很有必要了。超声波测距以及单片机的使用已经逐渐成了主流，因为其实用性而被广泛利用。这主要是因为：单片机的造假比较低，其中节省的成本能够运用到更多功能上；再者是单片机操作起来方便快捷，它的大部分程序都可以进行修改。毫无疑问，将单片机与超声波测距相结合具有很大发展前景，将发挥巨大作用。
1.2研究内容及相关规划
根据设计指标要求完成对传感器电路，数码显示及相关扩展电路设计，包括数码管（LCD液晶屏等）显示器件、小键盘设置器件等的选择以及内部电路设置，使信号的电平要求达到所选单片机的预期目标，以便更好地与单片机相协调。
参照设计要求对单片机进行策划，进而延伸到硬件电路，包括单片机与传感器等各模块的的接口设置。
按照计划指标要求落成对整个体系的软件程序设计，包括单片机小系统电路，传感器电路，数码管（LCD液晶屏）显示电路，按键设置电路等。
分块对系统进行软硬件调试，以完成全体功能的调试。
第二章 系统架构及方案论证
2.1系统结构框图
系统结构框图如图21所示。
图21
2.2方案比较
2.2.1控制模块的选择
计划一：采用CPLD如EPM7125L8415作为主控制部件。其中CPLD的组成以逻辑阵、宏单元、扩展乘积项为主，辅以可编程连线阵列和I/O控制块，能够通过VHDL语言进行编写开发。然而，CPLD在控制系统上要远远不如单片机，不能实现超声波测距的高精度要求，使用CPLD的话，在控制各模块时，难免产生一些不必要的麻烦。因此我们提出了第二种构想。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究内容及相关规划 2
第二章 系统架构及方案论证 3
2.1系统结构框图 3
2.2方案比较 3
2.2.1控制模块的选择 3
2.2.2显示模块的选择 3
2.2.3对比电源模块的选择 4
2.2.4其他模块 4
2.3电路总体方案 4
第三章 硬件设计 5
3.1主控芯片 5
3.1.1单片机引脚介绍 5
3.1.2 AT89S52单片机内部结构 6
3.2 超声波测距模块 7
3.2.1超声波传感器介绍 7
3.2.2 HCSR04超声波测距模块的性能特点 8
3.2.3超声波时序图 9
3.3温度控制电路 10
3.3.1 DS18B20性能简介 10
3.3.2 DS18B20接口设计与工作原理 10
3.4驱动显示电路及报警电路 11
3.4.1 1602 LCD液晶显示屏 12
3.4.2蜂鸣器报警 12
3.5复位电路 13
第四章 软件设计 15
4.1系统电路原理图设计及仿真 15
4.1.1系统电路原理图 15
4.1.2封装 16
4.2 主程序流程图的设计 17
4.3显示数据主程序 17
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/> 4.4报警子程序 18
4.5按键子程序 18
第五章 实物调试及问题解决 20
5.1 实物调试 20
5.2问题解决 21
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 原理图 25
附录B 仿真图 26
附录C 源代码 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
根据资料显示，最早是由科学家斯帕拉捷从蝙蝠可以在黑夜自由飞翔这一现象中推导出了超声波的存在。后来经过大量实验证明，蝙蝠可以通过喉咙发射一种人类听不到的声音并通过这种声音的反射来躲避障碍物。1912年震惊世界的Titanic撞击冰山引发沉没这一灾难性事件更是促使科学家提出了要用声学的方法来对冰山进行预警，之后的第一次世界大战也进一步加快了对超声波的研究。
在最近这些年，咱们的日常生活和少许工业生产的现场，频繁出现了一些需要非接触测距的实例，好比在带腐蚀性的液体，强电磁干预，毒气等诸多因素下，要进行精确测距是个不可逾越的难关。再例如，测量快速移动的物体时更加复杂困难，难以连续不间断测量，并且测量误差很大。在这些情况下，超声波由于能便捷地进行无线测距，不需要测距人员直接与危险环境进行接触，能减少危险情况的发生，而且还提高了测量的精度，为测量省去很多麻烦，获得了广泛的应用。
超声波在传输过程中可以不受烟雾、空气能见度、灰尘等的影响，在很多顽劣条件下也有着一定的适应能力，另外，超声波系统电路相对简单、有着易实现、造价低等优点，因而已经广泛应用在诸多工业领域。当然，凡事都有相对性，超声波在实际投入中也存在不少问题，一时超声波的衰减性比较大，二是温度、风速会使测量产生误差，故而，设计一种操作起来简单又可靠性高，能够进行实时测量的便捷式测距系统就很有必要了。超声波测距以及单片机的使用已经逐渐成了主流，因为其实用性而被广泛利用。这主要是因为：单片机的造假比较低，其中节省的成本能够运用到更多功能上；再者是单片机操作起来方便快捷，它的大部分程序都可以进行修改。毫无疑问，将单片机与超声波测距相结合具有很大发展前景，将发挥巨大作用。
1.2研究内容及相关规划
根据设计指标要求完成对传感器电路，数码显示及相关扩展电路设计，包括数码管（LCD液晶屏等）显示器件、小键盘设置器件等的选择以及内部电路设置，使信号的电平要求达到所选单片机的预期目标，以便更好地与单片机相协调。
参照设计要求对单片机进行策划，进而延伸到硬件电路，包括单片机与传感器等各模块的的接口设置。
按照计划指标要求落成对整个体系的软件程序设计，包括单片机小系统电路，传感器电路，数码管（LCD液晶屏）显示电路，按键设置电路等。
分块对系统进行软硬件调试，以完成全体功能的调试。
第二章 系统架构及方案论证
2.1系统结构框图
系统结构框图如图21所示。
图21
2.2方案比较
2.2.1控制模块的选择
计划一：采用CPLD如EPM7125L8415作为主控制部件。其中CPLD的组成以逻辑阵、宏单元、扩展乘积项为主，辅以可编程连线阵列和I/O控制块，能够通过VHDL语言进行编写开发。然而，CPLD在控制系统上要远远不如单片机，不能实现超声波测距的高精度要求，使用CPLD的话，在控制各模块时，难免产生一些不必要的麻烦。因此我们提出了第二种构想。
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