超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计[20200410135727]
摘要
超声波测距近年来在很多领域都有应用。因为超声波的方向性好，反射性好。特别是在不透光的固体中，当超声波碰到障碍物或临界面就产生明显的反射现象。本课题中，我选用了STC89C52作为系统的核心单片机。本课题中主要有几大模块：超声波发射和接收模块，显示模块，报警模块，还有单片机主程序模块。由这几大模块组成了完整的设计系统。然后通过分析各模块的需求及电路设计的要点写出了总体方案，依次对各模块的元器件及电路进行选择分析制作。发射模块发射超声波，接收模块接收回波，利用单片机的定时器来计算从反射探头发出超声波到接收探头收到回波的这段时间差来计算距离，显示测量结果。为了达到更好的测距效果，进行了多次调试，得出了本设计的测距范围并且最大程度的提高了测量精度。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89C52超声波测距报警
目 录
1.绪论 1
1.1课题设计的目的和意义 1
1.2课题研究的主要内容 1
1.3方案论证与选择 2
1.3.1主控模块 2
1.3.2 STC89C52单片机主要特性 4
1.3.4 STC89C52单片机的定时/计数器 5
1.3.5LCD液晶显示器简介 5
1.3.6液晶模块简介 6
2.系统硬件设计 8
2.1最小系统 8
2.1.1复位 8
2.1.2晶振 9
2.1.3电源 10
2.2超声波接收和发射电路设计 11
2.2.1超声波及其工作原理 13
2.2.2超声波发射电路 16
2.2.3超声波接收电路 16
2.3LCD显示电路设计 17
2.4键盘电路设计 19
2.5蜂鸣器电路设计 19
3.系统软件设计 21
3.1主程序设计 21
3.1.1流程图 21
3.1.2源程序 21
3.2超声波发射和接收中断程序 22
3.3键盘服务程序 23
3.4显示程序 32
3.5报警模块程序 32
4.调试 34
4.1keil介绍 34
4.2硬件调试 34
结论 37
参考文献 38
致谢 39
附录1 电路原理图 40
附录2 源程序 41
1.绪论
1.1课题设计的目的和意义
因为超声波测距属于一种非接触式的测距方法，不受外界光线、被测量目标颜色等其他的干扰，和其余类仪器更卫生，更不容易受到潮湿、粉尘、高温、等恶劣条件影响，假设被测物处于无光线、有尘土、烟雾、电磁扰乱等恶劣条件下有较好适应能力。需要较少维护、污染程度低、可靠性高、使用寿命比较长等特色。距离校准精度在线在不同的环境中，可直接用于水，糖，酒，饮料，液位控制，可差集，直接显示液位，储液灌液位。综上，在空气以及其他特殊条件下，超声波的使用已经普及。使用超声波来检测比较快捷、方便、便于实时控制，而且可以满足在实际用途中的高精度的要求，所以现在的机器人制作上面就必须要用到超声波，可以让机器人像人一样自主意识的避让障碍物，测距系统必不可少（实时显示机器人与障碍物的距离）。于是移动机器人普遍运用超声波测距检测技术。上文中提到的这些优势，正是为什么超声波测距系统已然出现在了很多设计领域。例如，倒车雷达等等。
1.2课题研究的主要内容
本次课题研究可以完成下面几项功能：
（1）根据扫描键盘的输入信息来判断执行者按下的是哪一个键，并且执行该按键的对应的功能；
（2）声波发射探头和设定的障碍物之间的距离值通过超声波模块计算出来之后，通过LCD1602显示出来，并可以保留不消失；
（3）通过键盘输入，来设定距离预设小值s1和大值s2，当障碍物与超声波探头HC-SR04距离小于S1或大于S2的时候，蜂鸣器开始发声报警。
1.3方案论证与选择
1.3.1主控模块
英特尔公司很早就研究开发出了STC89C52。于是以51核的单片机逐渐出现在市场上，种类繁多。相比之下英特尔公司骑下的单片机却不如这些新生品。各大单片机制造商研发出的单片机全部能够兼容51 指令、而且在51 的基础上继续扩充了很多外边功能然而单片机的内部结构与51 是一样的。
此单片机引脚有40个，1个全双工异步串行口，4个8位并行I/O口，与此同时内部存在2个优先级，5个中断源，2个16位定时/计数器。对于单片机STC89C52，128B的数据存储器(RAM)和4K的程序存储器(掩膜ROM) 构成了它的存储系统。
本次课题中设计框图如图1-1所示。
图1-1 单片机的基本结构框图
本课题中选用了HC-SR04作为本次研究的超声波模块。发射端电信号转换声波后，抵达障碍物体表面反射形成回波进入超声波接受端，单片机检测到回波后通过定时器的时间和声波速度计算出距离，然后显示出来。如图1-2所示。
图1-2 测距的设计框图
本课题所有的硬件实物图如图1-3所示。
图1-3 硬件实物图
1.3.2 STC89C52单片机主要特性
（1）.一个8 位的微处理器(CPU)；
（2） 它的数据存储器RAM大小为128B，可以读入和写入数据；
（3）它的程序存储器ROM大小为4KB，可以储存计算机中的一些程序或者表格等数据。现如今将ROM和RAM 一起集成在单片机内部是主流趋势，这种情况下一方面可以更适合使用者的设计工作，另一方面系统的抗干扰性也有所提高；
（4） 有4个8 位并行I／O 接口，P0~P3，其中P0~P3都能够当作输入或者输出端口；
（5） 含两个定时器／计数器，可以设置成定时方式，并能够通过计数或定时的结果来完成计算机控制；
（6） 五个中断源的中断控制系统。新研发的单片机现在有超过5 个中断源，比如SST89E58RD 的中断源有多达9个；
（7） 内部含有时钟产生电路，由于内部振荡精度不高，所以在外接石英晶体和电容来进行调节。允许振荡频率的最大值为12MHz。SST89V58RD 允许的振荡频率最大值可以达到40MHz，从而很大程度的提高了内部指令的运行速率。
1.3.3 STC89C52单片机的中断系统
STC89C52系列的单片机的中断系统中含五个中断源，其中两个优先级，能够顺利完成二级中断服务嵌套。各中断源的优先级可以通过中断优先级寄存器进行设置；假设优先级是相同的，内部多个中断同一时间内发出中断请求的请况下，是通过内部的查询逻辑来最终确定先响应哪一个中断请求。
1.3.4 STC89C52单片机的定时/计数器
摘要
超声波测距近年来在很多领域都有应用。因为超声波的方向性好，反射性好。特别是在不透光的固体中，当超声波碰到障碍物或临界面就产生明显的反射现象。本课题中，我选用了STC89C52作为系统的核心单片机。本课题中主要有几大模块：超声波发射和接收模块，显示模块，报警模块，还有单片机主程序模块。由这几大模块组成了完整的设计系统。然后通过分析各模块的需求及电路设计的要点写出了总体方案，依次对各模块的元器件及电路进行选择分析制作。发射模块发射超声波，接收模块接收回波，利用单片机的定时器来计算从反射探头发出超声波到接收探头收到回波的这段时间差来计算距离，显示测量结果。为了达到更好的测距效果，进行了多次调试，得出了本设计的测距范围并且最大程度的提高了测量精度。
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关键字:STC89C52超声波测距报警
目 录
1.绪论 1
1.1课题设计的目的和意义 1
1.2课题研究的主要内容 1
1.3方案论证与选择 2
1.3.1主控模块 2
1.3.2 STC89C52单片机主要特性 4
1.3.4 STC89C52单片机的定时/计数器 5
1.3.5LCD液晶显示器简介 5
1.3.6液晶模块简介 6
2.系统硬件设计 8
2.1最小系统 8
2.1.1复位 8
2.1.2晶振 9
2.1.3电源 10
2.2超声波接收和发射电路设计 11
2.2.1超声波及其工作原理 13
2.2.2超声波发射电路 16
2.2.3超声波接收电路 16
2.3LCD显示电路设计 17
2.4键盘电路设计 19
2.5蜂鸣器电路设计 19
3.系统软件设计 21
3.1主程序设计 21
3.1.1流程图 21
3.1.2源程序 21
3.2超声波发射和接收中断程序 22
3.3键盘服务程序 23
3.4显示程序 32
3.5报警模块程序 32
4.调试 34
4.1keil介绍 34
4.2硬件调试 34
结论 37
参考文献 38
致谢 39
附录1 电路原理图 40
附录2 源程序 41
1.绪论
1.1课题设计的目的和意义
因为超声波测距属于一种非接触式的测距方法，不受外界光线、被测量目标颜色等其他的干扰，和其余类仪器更卫生，更不容易受到潮湿、粉尘、高温、等恶劣条件影响，假设被测物处于无光线、有尘土、烟雾、电磁扰乱等恶劣条件下有较好适应能力。需要较少维护、污染程度低、可靠性高、使用寿命比较长等特色。距离校准精度在线在不同的环境中，可直接用于水，糖，酒，饮料，液位控制，可差集，直接显示液位，储液灌液位。综上，在空气以及其他特殊条件下，超声波的使用已经普及。使用超声波来检测比较快捷、方便、便于实时控制，而且可以满足在实际用途中的高精度的要求，所以现在的机器人制作上面就必须要用到超声波，可以让机器人像人一样自主意识的避让障碍物，测距系统必不可少（实时显示机器人与障碍物的距离）。于是移动机器人普遍运用超声波测距检测技术。上文中提到的这些优势，正是为什么超声波测距系统已然出现在了很多设计领域。例如，倒车雷达等等。
1.2课题研究的主要内容
本次课题研究可以完成下面几项功能：
（1）根据扫描键盘的输入信息来判断执行者按下的是哪一个键，并且执行该按键的对应的功能；
（2）声波发射探头和设定的障碍物之间的距离值通过超声波模块计算出来之后，通过LCD1602显示出来，并可以保留不消失；
（3）通过键盘输入，来设定距离预设小值s1和大值s2，当障碍物与超声波探头HC-SR04距离小于S1或大于S2的时候，蜂鸣器开始发声报警。
1.3方案论证与选择
1.3.1主控模块
英特尔公司很早就研究开发出了STC89C52。于是以51核的单片机逐渐出现在市场上，种类繁多。相比之下英特尔公司骑下的单片机却不如这些新生品。各大单片机制造商研发出的单片机全部能够兼容51 指令、而且在51 的基础上继续扩充了很多外边功能然而单片机的内部结构与51 是一样的。
此单片机引脚有40个，1个全双工异步串行口，4个8位并行I/O口，与此同时内部存在2个优先级，5个中断源，2个16位定时/计数器。对于单片机STC89C52，128B的数据存储器(RAM)和4K的程序存储器(掩膜ROM) 构成了它的存储系统。
本次课题中设计框图如图1-1所示。
图1-1 单片机的基本结构框图
本课题中选用了HC-SR04作为本次研究的超声波模块。发射端电信号转换声波后，抵达障碍物体表面反射形成回波进入超声波接受端，单片机检测到回波后通过定时器的时间和声波速度计算出距离，然后显示出来。如图1-2所示。
图1-2 测距的设计框图
本课题所有的硬件实物图如图1-3所示。
图1-3 硬件实物图
1.3.2 STC89C52单片机主要特性
（1）.一个8 位的微处理器(CPU)；
（2） 它的数据存储器RAM大小为128B，可以读入和写入数据；
（3）它的程序存储器ROM大小为4KB，可以储存计算机中的一些程序或者表格等数据。现如今将ROM和RAM 一起集成在单片机内部是主流趋势，这种情况下一方面可以更适合使用者的设计工作，另一方面系统的抗干扰性也有所提高；
（4） 有4个8 位并行I／O 接口，P0~P3，其中P0~P3都能够当作输入或者输出端口；
（5） 含两个定时器／计数器，可以设置成定时方式，并能够通过计数或定时的结果来完成计算机控制；
（6） 五个中断源的中断控制系统。新研发的单片机现在有超过5 个中断源，比如SST89E58RD 的中断源有多达9个；
（7） 内部含有时钟产生电路，由于内部振荡精度不高，所以在外接石英晶体和电容来进行调节。允许振荡频率的最大值为12MHz。SST89V58RD 允许的振荡频率最大值可以达到40MHz，从而很大程度的提高了内部指令的运行速率。
1.3.3 STC89C52单片机的中断系统
STC89C52系列的单片机的中断系统中含五个中断源，其中两个优先级，能够顺利完成二级中断服务嵌套。各中断源的优先级可以通过中断优先级寄存器进行设置；假设优先级是相同的，内部多个中断同一时间内发出中断请求的请况下，是通过内部的查询逻辑来最终确定先响应哪一个中断请求。
1.3.4 STC89C52单片机的定时/计数器
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