单片机超声波测距系统设计与制作
本文主要介绍了以STC89C52为超声波测距系统的主控芯片，利用超声波发射接收原理以及超声波传播时间来测距的系统。实现了当测量距离小于设定距离时会发出声光警报，当距离大于设定距离时解除警报的功能，且报警距离可手动设置。该系统主要契合当今社会对超声波测距技术越来越广泛的应用，通过超声波实现了汽车倒车雷达的功能。本系统由多个功能模块组成，且硬件部分由超声波发射和接受电路、电源电路、显示电路等组成。超声波测距系统应用范围较广，而且研发的此项目容易操作，控制起来也十分简单，测出的距离精准度很高。 1
目录
一、引言 3
（一）项目研究背景及国内外的发展状况 3
二、系统设计原理 5
三、硬件实现及单元电路设计 7
（一） 电路总体设计 7
（二） 单片机的最小系统 8
(三)电源电路 8
（四）时钟电路工作设置 8
（五）复位电路图的设计 9
（六）声光报警电路图的设计 10
（七）数码管显像板块 10
（八）超声波测距数码管显示PCB图 11
（九）超声波测试模块 11
（十）超声波传感器原理 12
（十一） 灵敏度的特别性能 12
（十二）辐射的特别性能 13
（十三） STC89C52单片机简单介绍 14
四、软件设计 15
（一） 主程序工作流程图 15
（二）超声波探测原理图： 15
总结 17
参考文献 18
附件一: 原理图 19
附件二：元器件 20
附件三：PCB图 21
附件四：程序 22
附件五：实物图 36
一、引言
（一）项目研究背景及国内外的发展状况
随着社会经济的快速发展，我们对距离等一些长度的测量要求逐步提高，为了解决一些特定的实际问题并节省资源，我们日常生活中所应用超声波测距技术的范围也越来越广泛。我们当前所使用的测距仪通常是使用超声波和红外线等来进行测量。除此之外，因为雷达和激光类型的测距仪相对而言较贵，测量范围不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
远，所以不太适用于广泛的应用。我们发现超声波测距方法有很多突出的优点：
第一、超声波耗能较少，传播的光波也极少，具有较强的方向性，更加适用于直接测量近目标的距离；
第二、停车场附有停车场的天窗，天窗的材料有透明的也有不透明的，而我们可以利用超声波来鉴别；
第三、超声波可用于许多较恶劣复杂的环境，例如烟尘、烟雾，或是干扰、毒物等；
第四、超声波传感器打击穿透强，更小更容易集成，利于实施实时控制。
所以，通过超声波去测验并辩别的手段已经得到了人们的关注。已经广泛应用于导航系统，避障，加工自动装置和检测，无害检测，自动测距，超声波定位，汽车倒车等。
随着科技越来越发达，选择半导体作为元件的趋势也推进了超声波技术的普及。比如说，罗马尼亚N2701这款超声波测试仪是由晶体管的分开元件组合的，具有波形和数字显示功能，表盘显示重量10千克。在20世纪70年代时，英国发明了PLJNDIT方便携带式超声系统，这款系统的重量仅为3.5Kg 。随着社会的不断进步，超声波技术也一直在更新和优化。1978年，中国建筑研究院研发了JC2便携式的探测器。仪表采取TTL线，数字模拟，并且质量为5Kg，同时还研发了许多先进的超声波测试仪器。从那以后，中国就拥有了自己的超声波仪表，为让无损检测技术普及作了很好的铺垫。在检测技术变得越来越成熟的情况下，超声检测仪表的功能需要也因此变得越来越高。
智能的超声波测距设备有以下几点优势：
1、数目和波形相对来讲十分清晰，不混乱，操作相较而言更加容易，可靠性也很高，并且存在储电功能。
2、串口便于后期处理仪表的相关程序开发和测试数字。
3、与许多相似的产品进行比较的话，设计更加新颖合理，并且功能相对较多。
超声波的指向性能较好，能量损耗比较慢，而且行进的距离比较远。公式L =（△t / 2）*C方便计算，像测距仪和水平仪都是利用超声波的原理来实现的。就比如汽车向后开就是利用的超声波测距仪，还有在施工的地方和一些工厂的位置实行监测，在测量井深，管长以及一些不便测量的距离时。因为超声波测距非常快，计算也非常简单，所以经常被人们选用。并且在测量精密度方面可以满足现实情况和工厂要求。因此，超声波检测仪自然的被用来检测是否有汽车停在停车位中。
二、系统设计原理
（一）系统总体设计
超声波测距系统是由硬件设计和软件设计两部分组成。这个设计由硬件设计和软件设计两部分组成。超声波测距系统是由许多系统和模块组成的。主芯片将测量的值与设定的测量值作对比如果测量的值小于设定值的时候蜂鸣器报警响起。总体设计图如下图所示。
图1 系统图
（二）超声波测距原理
超声波测距是利用时间差，在发射超声波时开始计时，当声波遇到障碍物返回到超声波接收器时停止计时，记时间差为t。然后根据已知的超声波传播速度v，计算出声波发射点与障碍物之间的距离S，进而算出测量距离H，具体算法如下：
（L为两个探头的中心距离的一半）
（超声波的行进距离）
所以得：
当测量距离H远大于L时：
超声波测距的原理见下图所示：
图2 超声波测距原理
三、硬件实现及单元电路设计
（一） 电路总体设计
电路主要由STC89C52单片机，三个按钮，超声波传感器，蜂鸣器，，四位数码管等构成。在设置警报距离时会用到三个按键，最左边的是设置键用来设置警报距离，中间的是用来增加设置的警报距离按键，右边的则用来减少设置的警报距离，电源灯是图中D1表明所示，具体见下图。
目录
一、引言 3
（一）项目研究背景及国内外的发展状况 3
二、系统设计原理 5
三、硬件实现及单元电路设计 7
（一） 电路总体设计 7
（二） 单片机的最小系统 8
(三)电源电路 8
（四）时钟电路工作设置 8
（五）复位电路图的设计 9
（六）声光报警电路图的设计 10
（七）数码管显像板块 10
（八）超声波测距数码管显示PCB图 11
（九）超声波测试模块 11
（十）超声波传感器原理 12
（十一） 灵敏度的特别性能 12
（十二）辐射的特别性能 13
（十三） STC89C52单片机简单介绍 14
四、软件设计 15
（一） 主程序工作流程图 15
（二）超声波探测原理图： 15
总结 17
参考文献 18
附件一: 原理图 19
附件二：元器件 20
附件三：PCB图 21
附件四：程序 22
附件五：实物图 36
一、引言
（一）项目研究背景及国内外的发展状况
随着社会经济的快速发展，我们对距离等一些长度的测量要求逐步提高，为了解决一些特定的实际问题并节省资源，我们日常生活中所应用超声波测距技术的范围也越来越广泛。我们当前所使用的测距仪通常是使用超声波和红外线等来进行测量。除此之外，因为雷达和激光类型的测距仪相对而言较贵，测量范围不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
远，所以不太适用于广泛的应用。我们发现超声波测距方法有很多突出的优点：
第一、超声波耗能较少，传播的光波也极少，具有较强的方向性，更加适用于直接测量近目标的距离；
第二、停车场附有停车场的天窗，天窗的材料有透明的也有不透明的，而我们可以利用超声波来鉴别；
第三、超声波可用于许多较恶劣复杂的环境，例如烟尘、烟雾，或是干扰、毒物等；
第四、超声波传感器打击穿透强，更小更容易集成，利于实施实时控制。
所以，通过超声波去测验并辩别的手段已经得到了人们的关注。已经广泛应用于导航系统，避障，加工自动装置和检测，无害检测，自动测距，超声波定位，汽车倒车等。
随着科技越来越发达，选择半导体作为元件的趋势也推进了超声波技术的普及。比如说，罗马尼亚N2701这款超声波测试仪是由晶体管的分开元件组合的，具有波形和数字显示功能，表盘显示重量10千克。在20世纪70年代时，英国发明了PLJNDIT方便携带式超声系统，这款系统的重量仅为3.5Kg 。随着社会的不断进步，超声波技术也一直在更新和优化。1978年，中国建筑研究院研发了JC2便携式的探测器。仪表采取TTL线，数字模拟，并且质量为5Kg，同时还研发了许多先进的超声波测试仪器。从那以后，中国就拥有了自己的超声波仪表，为让无损检测技术普及作了很好的铺垫。在检测技术变得越来越成熟的情况下，超声检测仪表的功能需要也因此变得越来越高。
智能的超声波测距设备有以下几点优势：
1、数目和波形相对来讲十分清晰，不混乱，操作相较而言更加容易，可靠性也很高，并且存在储电功能。
2、串口便于后期处理仪表的相关程序开发和测试数字。
3、与许多相似的产品进行比较的话，设计更加新颖合理，并且功能相对较多。
超声波的指向性能较好，能量损耗比较慢，而且行进的距离比较远。公式L =（△t / 2）*C方便计算，像测距仪和水平仪都是利用超声波的原理来实现的。就比如汽车向后开就是利用的超声波测距仪，还有在施工的地方和一些工厂的位置实行监测，在测量井深，管长以及一些不便测量的距离时。因为超声波测距非常快，计算也非常简单，所以经常被人们选用。并且在测量精密度方面可以满足现实情况和工厂要求。因此，超声波检测仪自然的被用来检测是否有汽车停在停车位中。
二、系统设计原理
（一）系统总体设计
超声波测距系统是由硬件设计和软件设计两部分组成。这个设计由硬件设计和软件设计两部分组成。超声波测距系统是由许多系统和模块组成的。主芯片将测量的值与设定的测量值作对比如果测量的值小于设定值的时候蜂鸣器报警响起。总体设计图如下图所示。
图1 系统图
（二）超声波测距原理
超声波测距是利用时间差，在发射超声波时开始计时，当声波遇到障碍物返回到超声波接收器时停止计时，记时间差为t。然后根据已知的超声波传播速度v，计算出声波发射点与障碍物之间的距离S，进而算出测量距离H，具体算法如下：
（L为两个探头的中心距离的一半）
（超声波的行进距离）
所以得：
当测量距离H远大于L时：
超声波测距的原理见下图所示：
图2 超声波测距原理
三、硬件实现及单元电路设计
（一） 电路总体设计
电路主要由STC89C52单片机，三个按钮，超声波传感器，蜂鸣器，，四位数码管等构成。在设置警报距离时会用到三个按键，最左边的是设置键用来设置警报距离，中间的是用来增加设置的警报距离按键，右边的则用来减少设置的警报距离，电源灯是图中D1表明所示，具体见下图。
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