用HC-SR04模块构成的测距系统
用HC-SR04模块构成的测距系统[20200419154230]
摘要
随着科学技术的高速发展，超声波测距在生活中应用的范围越来越广。超声波测距主要应用于汽车的倒车雷达，建筑工地的施工作业，钻井勘探等工业现场。测试基于超声波波速公式，通过发射波与反射波时间差的测量，经控制器转换处理，并将发射端与前方物体间的距离探测出来，然后，将检测距离与系统设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，单片机控制蜂鸣器报警。
本次设计主要是利用STC单片机、超声波传感器HC-SR04、LED数码管等完成测距报警系统的制作。系统以STC89C52为主控芯片，超声波传感器模块作为超声波发生器和接收器，主控芯片进行数据的处理，LED显示模块实时显示被测距离，按键模块可以设置报警距离。根据测试结果，本设计达到了预期要求，因而基于STC89C52单片机的测距仪是可以实现的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波传感器STC89C52测距
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.3研究的内容 2
1.4论文结构 2
2.总体设计方案及论证 3
2.1超声波原理与测距关系 3
2.2设计要求 5
2.3方案论证与比较 6
3.硬件的实现及单元电路的设计 7
3.1 STC单片机最小系统模块 7
3.2超声波传感器电路模块 10
3.2.1 HC-SR04实物图 10
3.2.2 HC-SR04主要技术参数 10
3.2.3 HC-SR04的内部结构及工作原理 11
3.3 数码管显示模块 12
3.4按键、报警与电源模块设计 15
3.4.1报警电路的设计 15
3.4.2按键模块的设计 15
3.4.3电源电路的设计 15
4.系统软件的设计 17
4.1系统软件总设计 17
4.2系统主要模块程序设计 18
5.软硬件的调试 23
5.1硬件调试 23
5.2软件调试 24
5.3系统调试总结 25
6.设计总结 26
参考文献 27
致谢 28
1.绪论
1.1课题的研究背景及意义
超声波的频率超过20000赫兹比一般的可听声频率高的多，这大大的超出了人类听觉上限，所以科学家将人类听不见的声波命名为超声波[1]。超声波和可听声在本质上没有区别，它们都是机械振动[2]。其所不同之处在于：超声波的频率比可听声波高的多，在其传播的过程中是比可听声更加具有良好的指向性和束射性。近几年来，由于人们对超声波技术的重视，加上它本身不接触，精度高，无损等优点，与其它仪器相比更加卫生，受环境及其它因素影响小，有着寿命长，可靠性高，不污染环境，需要较少的人力资源维护的特点。因此凭借着这些优点，它被广发应用于各种领域，例如制造业，冶金业，化工业，航天航空业，交通航海等。随着人类文明的不断进步，对距离的测量则更加显得重要。现在被人们广泛使用的测距方式有4种分别是：超声波探测、红外线测距、激光及雷达制导，和上述几种测距方式比较，它有以下几个优点：
（1）它对颜色和亮度要求小并且可以用来识别反射性差的透明物质。
（2）它受电磁场和光线的影响小可以用在各种恶劣的自然环境下。
（3）它与上述方式比较而言一个最大的优点就是制作简单，成本低可以大批量生产。
1.2国内外的研究现状
最早关于超声波研究是高尔顿在1876年所做的气哨实验。高尔顿产生高达千赫频率在空气中,这是人类历史上首次产生频率较高的声音，一些偶然事件的发生往往推动了科学技术的发展，例如其中比较出名的是1912年的泰坦尼克号撞冰山成没事件，在这件事之后，很多科学家开始考虑研究一种全新的探测方式，在这个时候超声波测距就应运而生了。到了现代后它在多方面有应用，比如探测，汽车倒车雷达，在医学上也有应用。
中国很早就对超声波有研究了，早在古代就有人在对其进行研究。但是到了近代由于受到列强侵略的因素影响，对于这方面的研究曾今一度中断，所以国内在这方面起步比西方国家晚，但是也取得一些研究成果。比如超声波碎石技术国内很多医院应用。
1.3研究的内容
随着科学技术的迅速发展越来越多的科技成果被广泛的应用到人们的生活中，给我们生活中带来了诸多便利。本课题就是从这个角度出发，利用超声波的特殊性质来为人们们服务，为生活创造便利。
本课题设计一个能实时显示距离并且在设定距离范围内进行报警的超声波测距仪它的测距精度为2cm，最大误差不超过3cm，最远探测距离可达4m，它的制作过程不是很复杂。设计由多个模块组成并采用手动焊接的方式，它的模块分别是HC-SR04传感器、STC89C52单片机、按键报警及电源、数码管显示。HC-SR04传感器模块集成了发射电路、控制电路及接收电路模块。当按下启动按钮之后，单片机开始控制传感器向外发射信号，如果遇到障碍物回波返回，它的接收电路模块接收到回波信号后，STC89C52单片机计算出超声波往返所需时间，再通过数码管显示出具体数据，并且与设定的距离值比较，大于不报警只显示距离，小于则报警并显示距离值。
1.4论文结构
以下为章节安排：
第一章：介绍了课题的的研究背景意义，国内外研究的现状、研究内容以及论文的结构。
第二章：介绍了方案的选择与总体设计，包括对超声波的认识、设计要求和方案的论证和比较。
第三章：介绍本课题的硬件电路，其中主要包块STC89C52单片机模块，HC-SR04超声波传感器模块、LED数码显示模块、报警电源及按键电路模块。
第四章：介绍课题的软件部分，总体流程图的介绍、数码管显示及距离的计算。
第五章：介绍硬件焊接的过程和软件调试的过程，以及总结调试的不足之处。
第六章：介绍整个课题做完之后的感悟以及自己想法。
2.总体设计方案及论证
2.1超声波原理与测距关系
1、超声波的特性：
（1）束射特性
超声波的束射特性主要表现在它的波长短，那么它就可以和光一样进行折射，反射，聚焦了[3]。而且它还遵守光的所有定律。其中包括：反射定律，折射定律等等。
（2）吸收特性
超声波的吸收特性主要表现在它在传播的过程中，因为能量损失的缘故，它的强度会慢慢变弱，直至消失。
（3）超声波的能量传递特性
超声波的能量传递特性主要表现在它比其它的声波拥有更强大的功率。因为在声波进行传播的过程中遇到障碍物的话，那么障碍物中的分子就会随声波一起振动，如果频率越高的话，那么物质分子振动的就越厉害。
（4）超声波的声压特性
超声波的声压特性主要表现在它进入物体时会使物体产生形变，当然这是人类肉眼所不能观察的，物质分子由于它的进入会使分子之间产生作用，这就是因为超声波振动引起压力的原理.。
2、超声波换能器
超声波换能器：对于超声波换能器这个大家既熟悉又陌生的东西，顾名思义它是一种把电能转化成机械能的装置。市场上通用的主要有两种型号，一种是有磁致伸缩式，另外一种就是压电陶瓷式，它的工作过程是先启动超声波发生器，通过它再到换能器，最后经过导出装置从而产生超声波。超声波换能器如图2-1所示。
超声波换能的组成：超声波换能器是由几部分所组成的，它们分别是Cymbal阵列器，外壳（Shell）、匹配层（Matching layer）、压电陶瓷圆盘换能器（The piezoelectric ceramic disk transducer）、背衬（Backing）、引出电缆（Pigtail）、Cymbal换能器、金属圆环（Metal ring）、其中压电陶瓷圆盘换能器（The piezoelectric ceramic disk transducer）的基本作用是发射和接收超声波信号。
3、超声波换能器原理
超声波换能器的原理：超声波换能器其实就是利用传感器里面的压电陶瓷，通过压电陶瓷的压电效应将电能转化为机械能，它本质上就是转换能量的一种手段即将输
摘要
随着科学技术的高速发展，超声波测距在生活中应用的范围越来越广。超声波测距主要应用于汽车的倒车雷达，建筑工地的施工作业，钻井勘探等工业现场。测试基于超声波波速公式，通过发射波与反射波时间差的测量，经控制器转换处理，并将发射端与前方物体间的距离探测出来，然后，将检测距离与系统设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，单片机控制蜂鸣器报警。
本次设计主要是利用STC单片机、超声波传感器HC-SR04、LED数码管等完成测距报警系统的制作。系统以STC89C52为主控芯片，超声波传感器模块作为超声波发生器和接收器，主控芯片进行数据的处理，LED显示模块实时显示被测距离，按键模块可以设置报警距离。根据测试结果，本设计达到了预期要求，因而基于STC89C52单片机的测距仪是可以实现的。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:超声波传感器STC89C52测距
目录
1.绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.3研究的内容 2
1.4论文结构 2
2.总体设计方案及论证 3
2.1超声波原理与测距关系 3
2.2设计要求 5
2.3方案论证与比较 6
3.硬件的实现及单元电路的设计 7
3.1 STC单片机最小系统模块 7
3.2超声波传感器电路模块 10
3.2.1 HC-SR04实物图 10
3.2.2 HC-SR04主要技术参数 10
3.2.3 HC-SR04的内部结构及工作原理 11
3.3 数码管显示模块 12
3.4按键、报警与电源模块设计 15
3.4.1报警电路的设计 15
3.4.2按键模块的设计 15
3.4.3电源电路的设计 15
4.系统软件的设计 17
4.1系统软件总设计 17
4.2系统主要模块程序设计 18
5.软硬件的调试 23
5.1硬件调试 23
5.2软件调试 24
5.3系统调试总结 25
6.设计总结 26
参考文献 27
致谢 28
1.绪论
1.1课题的研究背景及意义
超声波的频率超过20000赫兹比一般的可听声频率高的多，这大大的超出了人类听觉上限，所以科学家将人类听不见的声波命名为超声波[1]。超声波和可听声在本质上没有区别，它们都是机械振动[2]。其所不同之处在于：超声波的频率比可听声波高的多，在其传播的过程中是比可听声更加具有良好的指向性和束射性。近几年来，由于人们对超声波技术的重视，加上它本身不接触，精度高，无损等优点，与其它仪器相比更加卫生，受环境及其它因素影响小，有着寿命长，可靠性高，不污染环境，需要较少的人力资源维护的特点。因此凭借着这些优点，它被广发应用于各种领域，例如制造业，冶金业，化工业，航天航空业，交通航海等。随着人类文明的不断进步，对距离的测量则更加显得重要。现在被人们广泛使用的测距方式有4种分别是：超声波探测、红外线测距、激光及雷达制导，和上述几种测距方式比较，它有以下几个优点：
（1）它对颜色和亮度要求小并且可以用来识别反射性差的透明物质。
（2）它受电磁场和光线的影响小可以用在各种恶劣的自然环境下。
（3）它与上述方式比较而言一个最大的优点就是制作简单，成本低可以大批量生产。
1.2国内外的研究现状
最早关于超声波研究是高尔顿在1876年所做的气哨实验。高尔顿产生高达千赫频率在空气中,这是人类历史上首次产生频率较高的声音，一些偶然事件的发生往往推动了科学技术的发展，例如其中比较出名的是1912年的泰坦尼克号撞冰山成没事件，在这件事之后，很多科学家开始考虑研究一种全新的探测方式，在这个时候超声波测距就应运而生了。到了现代后它在多方面有应用，比如探测，汽车倒车雷达，在医学上也有应用。
中国很早就对超声波有研究了，早在古代就有人在对其进行研究。但是到了近代由于受到列强侵略的因素影响，对于这方面的研究曾今一度中断，所以国内在这方面起步比西方国家晚，但是也取得一些研究成果。比如超声波碎石技术国内很多医院应用。
1.3研究的内容
随着科学技术的迅速发展越来越多的科技成果被广泛的应用到人们的生活中，给我们生活中带来了诸多便利。本课题就是从这个角度出发，利用超声波的特殊性质来为人们们服务，为生活创造便利。
本课题设计一个能实时显示距离并且在设定距离范围内进行报警的超声波测距仪它的测距精度为2cm，最大误差不超过3cm，最远探测距离可达4m，它的制作过程不是很复杂。设计由多个模块组成并采用手动焊接的方式，它的模块分别是HC-SR04传感器、STC89C52单片机、按键报警及电源、数码管显示。HC-SR04传感器模块集成了发射电路、控制电路及接收电路模块。当按下启动按钮之后，单片机开始控制传感器向外发射信号，如果遇到障碍物回波返回，它的接收电路模块接收到回波信号后，STC89C52单片机计算出超声波往返所需时间，再通过数码管显示出具体数据，并且与设定的距离值比较，大于不报警只显示距离，小于则报警并显示距离值。
1.4论文结构
以下为章节安排：
第一章：介绍了课题的的研究背景意义，国内外研究的现状、研究内容以及论文的结构。
第二章：介绍了方案的选择与总体设计，包括对超声波的认识、设计要求和方案的论证和比较。
第三章：介绍本课题的硬件电路，其中主要包块STC89C52单片机模块，HC-SR04超声波传感器模块、LED数码显示模块、报警电源及按键电路模块。
第四章：介绍课题的软件部分，总体流程图的介绍、数码管显示及距离的计算。
第五章：介绍硬件焊接的过程和软件调试的过程，以及总结调试的不足之处。
第六章：介绍整个课题做完之后的感悟以及自己想法。
2.总体设计方案及论证
2.1超声波原理与测距关系
1、超声波的特性：
（1）束射特性
超声波的束射特性主要表现在它的波长短，那么它就可以和光一样进行折射，反射，聚焦了[3]。而且它还遵守光的所有定律。其中包括：反射定律，折射定律等等。
（2）吸收特性
超声波的吸收特性主要表现在它在传播的过程中，因为能量损失的缘故，它的强度会慢慢变弱，直至消失。
（3）超声波的能量传递特性
超声波的能量传递特性主要表现在它比其它的声波拥有更强大的功率。因为在声波进行传播的过程中遇到障碍物的话，那么障碍物中的分子就会随声波一起振动，如果频率越高的话，那么物质分子振动的就越厉害。
（4）超声波的声压特性
超声波的声压特性主要表现在它进入物体时会使物体产生形变，当然这是人类肉眼所不能观察的，物质分子由于它的进入会使分子之间产生作用，这就是因为超声波振动引起压力的原理.。
2、超声波换能器
超声波换能器：对于超声波换能器这个大家既熟悉又陌生的东西，顾名思义它是一种把电能转化成机械能的装置。市场上通用的主要有两种型号，一种是有磁致伸缩式，另外一种就是压电陶瓷式，它的工作过程是先启动超声波发生器，通过它再到换能器，最后经过导出装置从而产生超声波。超声波换能器如图2-1所示。
超声波换能的组成：超声波换能器是由几部分所组成的，它们分别是Cymbal阵列器，外壳（Shell）、匹配层（Matching layer）、压电陶瓷圆盘换能器（The piezoelectric ceramic disk transducer）、背衬（Backing）、引出电缆（Pigtail）、Cymbal换能器、金属圆环（Metal ring）、其中压电陶瓷圆盘换能器（The piezoelectric ceramic disk transducer）的基本作用是发射和接收超声波信号。
3、超声波换能器原理
超声波换能器的原理：超声波换能器其实就是利用传感器里面的压电陶瓷，通过压电陶瓷的压电效应将电能转化为机械能，它本质上就是转换能量的一种手段即将输
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