基于STC89C52单片机的超声波测距仪设计
基于STC89C52单片机的超声波测距仪设计[20200131184426]
摘要
本篇论文是我以单片机STC89C52为核心设计超声波测距仪，进行系统软硬件设计并制作实物并调试。系统是由发射电路、接收电路、报警电路、显示等模块组成的，程序是由主程序、显示子程序、发射和接收子程序等程序组成。在这个基础上进行实物制作，软件和硬件联合调试结果表明，本论文所设计的测距仪设计合理、比较实用、成本也很低、实时性良好。
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关键字:单片机超声波测距
引 言 1
一、本课题方案设计 2
（一）超声波测距原理 2
（二）设计思路 2
1. 测距方法选择 2
2. 超声波发生器选择 3
3. 核心芯片选择 3
二、系统硬件设计 3
（一）单片机接口电路设计 3
（二）超声波发射电路设计 6
（三）超声波接收电路设计 6
（四）系统电源电路设计 7
（五）蜂鸣器报警电路设计 8
（六）显示电路设计 8
三、系统软件设计 9
（一）系统软件设计说明 9
（三）测距仪算法设计 9
（四）主程序流程图 10
（五）超声波接收中断程序 11
四、系统调试 11
（一）软硬件调试 11
（二）调试结果 12
结论 12
致 谢 14
参考文献 15
附 录 16
附录一 总电路图 16
附录二 元器件清单 17
附录二 PCB图 18
附录三 实物图 19
附录四 程序清单 20
引 言
由于科学技术的迅速的发展，人们生活水平的不断提高，自动化代替许多人工化，然而超声波测距仪的应用也越来越多了。根据目前的科技水平，社会可以更好的使用的测距技术还是挺狭小的，所以说，这个领域是很有发展前景的，人们不断地去努力创新。超声波测距仪对社会来说是一种比较新型的工具，在我们生活中的各个方面起着举足轻重的作用，为了满足人们的需求，测距仪有着很大的发展空间，它的发展是有明确的目标的，人们和社会对此有一个更好的定位。逐渐发展的社会会将超声波测距仪有着明确的定位之后将与世界接轨，与各个先进科技相结合，形成多功能的测距仪，科技的迅速发展超声波测距仪也会有很大的进步，会运用到各个领域的，从而具有很大的吸引力。在新的科技发展中会有一次大的变革，从而显示出它不可替代的作用。
一、本课题方案设计
（一）超声波测距原理
超声波以速度υ在空气中传播，到达障碍物时，被反射回来，然后会由接收器接收到，如果返回原来出发地的时间就为t，那么我们可以通过s=vt/2这个公式就可以计算出被测物体与它的距离。因为超声波属于声波，其声速与温度有关，以下我列出来的不同的温度的情况下声速的大小。在应用的时候，要是温度起伏变化不是太明显，试验数据表明声速变化不大可以说是基本不怎么变化。假如测量精度要求很高的话，可以利用温度补偿的方式去校正。
表1 超声波波速与温度的关系表
温度（℃） -35 -25 -15 0 15 25 35 105
声速（m／s） 314 320 330 325 340 345 350 390
（二）设计思路
超声波收发器模块可以产生40kHz方波，然后超声波探头发送超声波，该探头由放大器电路驱动，由超声波接收机接收。接收电路检测扩增后，集成化，产生一个方波脉冲，脉冲宽度和测量的距离之间的线性关系。利用这一特点，通过超声波的收发模块的脉冲传输给触发电路，接着通过中断接收，得到相关信号通过单片机处理计算距离，然后通过单片机控制LCD显示结果和声光报警。具体思路设计流程如图1所示。
图1 超声波测距仪原理框图
（三）方案设计
1. 测距方法选择
由于超声波具有发射和接收的原理，我们通过利用这个原理以及公式可以根据所需要的数值来计算出它的传播距离。生活中我们通常所用的测距方法是一种是用在所测的物体的两边，一边是发射，还有一边我们认为是接收，还有一种就是发射出去的波被障碍物碰到后返回回来的波被接收的，适用于测距仪。而我所涉及的超声波测距是采用如上所说的第二种方式。
2. 超声波发生器选择
一般有4个因素影响超声波最大测试距离：超声波的宽度，障碍物的质地，反射波和入射波之间的夹角及接收换能器灵敏度等四个原因。其中，而第四个因素接收换能器直接接收声波脉冲的能力将决定超声波测距的可以测的最小的距离。超声波传播的速度和温度是有关系的，一般情况下采用压电陶瓷传感器作为超声波测距仪的传感器，一般在空气中超声波传播时的衰减会非常大，衰减的程度越大则频率越大，由于频率越高那么分辨力就会很高，而超声波传播效率最高时频率为40kHz左右，所以说本设计中我所需40kHz的脉冲信号。
3. 核心芯片选择
考虑各方面因素，本设计的单片机控制器是STC89C52，而超声波的接收电路是采用超声波转换模块，发射电路是采用的是红外线接收芯片去实现超声波的接收和发射，我是使用1206的液晶屏幕去显示的，用单片机的定时器的系统设计去驱动超声波信号的。如下设计框图是超声波的框架如图2所示。
图2 超声波测距器系统设计框图
测量时如果我们采用的是US-100的模块的话，触发信号会从单片机系统里发射出来，引脚会给出信号发射回去，、我们可以观察定时器后从而算出发射回去的信号的宽度，然后我们再把它换算成距离就行了。我所用的模块是简化过了的，相对来说电路工作的时候会稳定一点。
二、系统硬件设计
硬件电路的设计主要包括US-100超声波收发模块、单片机接口电路、蜂鸣器电路、显示电路、供电及程序下载电路几个部分。
（一）单片机接口电路设计
我所采用的是STC89C52单片机，晶振为12MHz的，精度比较高，它可以稳定的获得时钟频率，从而去把测量的误差降到很小。
1．单片机STC89C52特点
STC89C52 单片机是比较新型的一种单片机，它的功耗是比较低的然而它是超强抗干扰的一种单片机特别适合本设计的需要因此采用此单片机，它的芯片是52内核8位单片机，一般用于检测的电路。
图3 STC89C52管脚图
2. 单片机接口电路设计
组成的系统STC89C52原理图如图4所示。
图4 单片机接口原理图
图中， STC89C52的P0.0～P0.7用于液晶显示屏D0～D7的双向数据端。
P3.0连接USB电源和下载接口，P3.1和下载的USB电源接口。
P1.3连接超声波模块，P3.2连接超声波模块。 TRIG引脚微控制器发送一个触发信号引脚，ECHO针美-100模块返回的回波信号引脚连接到P3.1外部中断脚，你可以使用外部中断测量回波信号宽度。通过信号处理的信号发送到微控制器。
P2.5连接到LCD电子，P2.6，P2.7连接液晶RW连接液晶RS。 P3.5连接LED，P3.6连接的蜂鸣器。当测量距离（20CM）小于设定值时，P3.6通过单片机脚发出，通过引脚P3.7听到报警声光报警信号，然后LED的灯就会亮了，给人们一个信号表示出来，信号被用来触发蜂鸣器发出报警声。人们可以更醒目的接触到信号，很直观直接。
（二）超声波发射电路设计
如图5所示是发射电路。
图5 超声波发射电路
反相器4069和?超声波发射换能器构成最重要的发射机电路，并联连接的两个超声波逆变器的输出端，用于提高驱动能力。高的电阻器R6，R8，一方面可以提高逆变器4069输出高驱动能力，从而使换能器增加的阻尼效果，缩短他的自由振荡的时间。然而，一系列的处理由超声波模块可以增加稳定性，并可以实现的。
摘要
本篇论文是我以单片机STC89C52为核心设计超声波测距仪，进行系统软硬件设计并制作实物并调试。系统是由发射电路、接收电路、报警电路、显示等模块组成的，程序是由主程序、显示子程序、发射和接收子程序等程序组成。在这个基础上进行实物制作，软件和硬件联合调试结果表明，本论文所设计的测距仪设计合理、比较实用、成本也很低、实时性良好。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机超声波测距
引 言 1
一、本课题方案设计 2
（一）超声波测距原理 2
（二）设计思路 2
1. 测距方法选择 2
2. 超声波发生器选择 3
3. 核心芯片选择 3
二、系统硬件设计 3
（一）单片机接口电路设计 3
（二）超声波发射电路设计 6
（三）超声波接收电路设计 6
（四）系统电源电路设计 7
（五）蜂鸣器报警电路设计 8
（六）显示电路设计 8
三、系统软件设计 9
（一）系统软件设计说明 9
（三）测距仪算法设计 9
（四）主程序流程图 10
（五）超声波接收中断程序 11
四、系统调试 11
（一）软硬件调试 11
（二）调试结果 12
结论 12
致 谢 14
参考文献 15
附 录 16
附录一 总电路图 16
附录二 元器件清单 17
附录二 PCB图 18
附录三 实物图 19
附录四 程序清单 20
引 言
由于科学技术的迅速的发展，人们生活水平的不断提高，自动化代替许多人工化，然而超声波测距仪的应用也越来越多了。根据目前的科技水平，社会可以更好的使用的测距技术还是挺狭小的，所以说，这个领域是很有发展前景的，人们不断地去努力创新。超声波测距仪对社会来说是一种比较新型的工具，在我们生活中的各个方面起着举足轻重的作用，为了满足人们的需求，测距仪有着很大的发展空间，它的发展是有明确的目标的，人们和社会对此有一个更好的定位。逐渐发展的社会会将超声波测距仪有着明确的定位之后将与世界接轨，与各个先进科技相结合，形成多功能的测距仪，科技的迅速发展超声波测距仪也会有很大的进步，会运用到各个领域的，从而具有很大的吸引力。在新的科技发展中会有一次大的变革，从而显示出它不可替代的作用。
一、本课题方案设计
（一）超声波测距原理
超声波以速度υ在空气中传播，到达障碍物时，被反射回来，然后会由接收器接收到，如果返回原来出发地的时间就为t，那么我们可以通过s=vt/2这个公式就可以计算出被测物体与它的距离。因为超声波属于声波，其声速与温度有关，以下我列出来的不同的温度的情况下声速的大小。在应用的时候，要是温度起伏变化不是太明显，试验数据表明声速变化不大可以说是基本不怎么变化。假如测量精度要求很高的话，可以利用温度补偿的方式去校正。
表1 超声波波速与温度的关系表
温度（℃） -35 -25 -15 0 15 25 35 105
声速（m／s） 314 320 330 325 340 345 350 390
（二）设计思路
超声波收发器模块可以产生40kHz方波，然后超声波探头发送超声波，该探头由放大器电路驱动，由超声波接收机接收。接收电路检测扩增后，集成化，产生一个方波脉冲，脉冲宽度和测量的距离之间的线性关系。利用这一特点，通过超声波的收发模块的脉冲传输给触发电路，接着通过中断接收，得到相关信号通过单片机处理计算距离，然后通过单片机控制LCD显示结果和声光报警。具体思路设计流程如图1所示。
图1 超声波测距仪原理框图
（三）方案设计
1. 测距方法选择
由于超声波具有发射和接收的原理，我们通过利用这个原理以及公式可以根据所需要的数值来计算出它的传播距离。生活中我们通常所用的测距方法是一种是用在所测的物体的两边，一边是发射，还有一边我们认为是接收，还有一种就是发射出去的波被障碍物碰到后返回回来的波被接收的，适用于测距仪。而我所涉及的超声波测距是采用如上所说的第二种方式。
2. 超声波发生器选择
一般有4个因素影响超声波最大测试距离：超声波的宽度，障碍物的质地，反射波和入射波之间的夹角及接收换能器灵敏度等四个原因。其中，而第四个因素接收换能器直接接收声波脉冲的能力将决定超声波测距的可以测的最小的距离。超声波传播的速度和温度是有关系的，一般情况下采用压电陶瓷传感器作为超声波测距仪的传感器，一般在空气中超声波传播时的衰减会非常大，衰减的程度越大则频率越大，由于频率越高那么分辨力就会很高，而超声波传播效率最高时频率为40kHz左右，所以说本设计中我所需40kHz的脉冲信号。
3. 核心芯片选择
考虑各方面因素，本设计的单片机控制器是STC89C52，而超声波的接收电路是采用超声波转换模块，发射电路是采用的是红外线接收芯片去实现超声波的接收和发射，我是使用1206的液晶屏幕去显示的，用单片机的定时器的系统设计去驱动超声波信号的。如下设计框图是超声波的框架如图2所示。
图2 超声波测距器系统设计框图
测量时如果我们采用的是US-100的模块的话，触发信号会从单片机系统里发射出来，引脚会给出信号发射回去，、我们可以观察定时器后从而算出发射回去的信号的宽度，然后我们再把它换算成距离就行了。我所用的模块是简化过了的，相对来说电路工作的时候会稳定一点。
二、系统硬件设计
硬件电路的设计主要包括US-100超声波收发模块、单片机接口电路、蜂鸣器电路、显示电路、供电及程序下载电路几个部分。
（一）单片机接口电路设计
我所采用的是STC89C52单片机，晶振为12MHz的，精度比较高，它可以稳定的获得时钟频率，从而去把测量的误差降到很小。
1．单片机STC89C52特点
STC89C52 单片机是比较新型的一种单片机，它的功耗是比较低的然而它是超强抗干扰的一种单片机特别适合本设计的需要因此采用此单片机，它的芯片是52内核8位单片机，一般用于检测的电路。
图3 STC89C52管脚图
2. 单片机接口电路设计
组成的系统STC89C52原理图如图4所示。
图4 单片机接口原理图
图中， STC89C52的P0.0～P0.7用于液晶显示屏D0～D7的双向数据端。
P3.0连接USB电源和下载接口，P3.1和下载的USB电源接口。
P1.3连接超声波模块，P3.2连接超声波模块。 TRIG引脚微控制器发送一个触发信号引脚，ECHO针美-100模块返回的回波信号引脚连接到P3.1外部中断脚，你可以使用外部中断测量回波信号宽度。通过信号处理的信号发送到微控制器。
P2.5连接到LCD电子，P2.6，P2.7连接液晶RW连接液晶RS。 P3.5连接LED，P3.6连接的蜂鸣器。当测量距离（20CM）小于设定值时，P3.6通过单片机脚发出，通过引脚P3.7听到报警声光报警信号，然后LED的灯就会亮了，给人们一个信号表示出来，信号被用来触发蜂鸣器发出报警声。人们可以更醒目的接触到信号，很直观直接。
（二）超声波发射电路设计
如图5所示是发射电路。
图5 超声波发射电路
反相器4069和?超声波发射换能器构成最重要的发射机电路，并联连接的两个超声波逆变器的输出端，用于提高驱动能力。高的电阻器R6，R8，一方面可以提高逆变器4069输出高驱动能力，从而使换能器增加的阻尼效果，缩短他的自由振荡的时间。然而，一系列的处理由超声波模块可以增加稳定性，并可以实现的。
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