超声波测距系统的设计与实现
超声波测距系统的设计与实现[20200131184617]
摘 要
本文基于超声波测距的原理，利用单片机设计了一套测量系统, 实现在行驶过程中一旦出现前后车距小于安全距离、对人车安全构成威胁时, 车辆自动报警的功能, 起到减少交通事故发生的目的。本文主要设计与实现了基于STC89C52 单片机的超声波测距系统, 并阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。
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关键字:超声波发射；数字测距；单片机
目 录
一、绪论 1
二、设计方案论证 1
（一）测距传感器分析与选择 1
（二）设计方案 2
三、系统硬件设计 3
（一）单片机控制电路 3
（二）超声波接收与发射电路 4
1、发射电路设计 4
2、接收电路设计 5
3、HR-SR04超声波集成模块 5
（三）显示电路 7
（四）报警电路 7
（五）串口电路 8
（六）电源电路 9
（七）系统整体电路 9
四、系统软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）中断处理程序设计 12
五、硬件组装及性能调试 12
六、结论 14
参考文献 16
致 谢 17
附录A：元件清单 18
附录B：程序 19
一、绪论
在日常生产生活中，很多的场合需要非接触自动远距离测量如工业采伐，倒车，机器人避障等这样。超声波的频率是指超过20千赫的机械弹性介质中的冲击波，它具有的特点：消耗能量慢，比较强的指向性，传输距离远，所以在需要非接触式测距的场合中经常被使用。由于超声波对光线和电磁等的敏感度低，所以具有良好的环境适应性，在除了超声精度，实时，价格上也可以是一个很好的选择。为此，本文以STC89C52单片机为核心，采用40千赫的超声波传感器，设计出体积小，精度高，成本低，报警实时和液晶显示的超声波测距仪。
本设计通过将超声波测距和传感器联系在一起，在基于单片机实现汽车防撞，利用单片机的数据处理功能和实时控制，实现汽车与障碍物之间距离的测量并显示，并可以利用蜂鸣器不同频率发出不同声音的特点在不同距离及时报警。本文所设计的超声波测距系统电路简单、合理，实现起来很方便，成本也不高，在设备的更换上也很方便。能满足大多数情况下司机停车、倒车的需要。
汽车防碰撞装置等汽车安全辅助工具可以大大降低车司机倒车时的关注和距离判断错误，在倒车时能有效防止碰撞事故的发生，对人身安全起到一定的保护作用，在一定程度上也能预防车辆的损坏，减少经济损失。本文所涉及的超声波测距的汽车防撞装置采用单片机实现，实现方便，且具有一定的市场价值和现实意义。
二、设计方案论证
（一）测距传感器分析与选择
1、激光测距传感器
激光强度的激光传感器和定向性的光传输特性好，工作时的障碍对准激光传感器，第一发射激光脉冲的反射而在所有方向上的障碍物的散射，一些散射光返回到接收传感器可以接受的微弱的光信号，从而记录和处理发射的光脉冲返回到所经过的时间可以通过以下来确定的距离，也就是可从一半的往返时间乘以光速。它的优点是测量速度快，距离远，规模范围大，测量精度高，缺点是对人体有一个安全问题，难度很大，成本也是比较高的。
2、红外线测距传感器
红外线距离传感器的工作原理是利用红外信号在一个不同的距离障碍反射的强度是不同的，根据这个特性测量出障碍物的距离的远近。它的缺点是，测量精度低、距离近，方向性也较差，优点是成本低，简单，使用安全。
3、超声波传感器
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波传感器的能量消耗慢利于测距。尤其是在进行中长距离的测距时，超声波传感器在精度和方向性上的表现比红外传感器都要好得多，虽然成本比红外传感器要高，但在安全性能和精度上要比红外传感器表现突出。
从激光测距传感器、红外线测距传感器和超声波传感器这三种传感器的性能比较上可以发现：虽然激光测距传感器各方面的性能较为优越，但成本较高、对人体存在一定的安全问题；红外线测距传感器虽然成本较低，但测距的精度也不高；综合上述的比较，本文所设计的系统采用安全性能、成本控制都较为优越的超声波传感器。
（二）设计方案
此方案选择52单片机对系统进行控制，其中超声波发射信号是由52单片机的P0.1口将信号传输到超声波发射电路，超声波发射装置将超声波发出，CX20106A芯片和超声波接收探头组成构成了超声波接收电路，报警系统由蜂鸣器电路构成，根据与障碍物之间的不同距离而返回的时间不同，蜂鸣器会产生不同频率的电信号发出不同报警声提示，所测出来的距离值是显示在4位共阳极数码管上。本设计中将收发超声波的探头分离开来，从而能避免干扰，这样使收发信号不会混叠，提高系统的可靠性。本文设计的超声波测距在设计方面主要包括：
1、单片机控制电路；
2、发射与接收电路；
3、蜂鸣器报警电路；
4、4位数码管显示电路；
摘 要
本文基于超声波测距的原理，利用单片机设计了一套测量系统, 实现在行驶过程中一旦出现前后车距小于安全距离、对人车安全构成威胁时, 车辆自动报警的功能, 起到减少交通事故发生的目的。本文主要设计与实现了基于STC89C52 单片机的超声波测距系统, 并阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:超声波发射；数字测距；单片机
目 录
一、绪论 1
二、设计方案论证 1
（一）测距传感器分析与选择 1
（二）设计方案 2
三、系统硬件设计 3
（一）单片机控制电路 3
（二）超声波接收与发射电路 4
1、发射电路设计 4
2、接收电路设计 5
3、HR-SR04超声波集成模块 5
（三）显示电路 7
（四）报警电路 7
（五）串口电路 8
（六）电源电路 9
（七）系统整体电路 9
四、系统软件设计 11
（一）主程序设计 11
（二）中断处理程序设计 12
五、硬件组装及性能调试 12
六、结论 14
参考文献 16
致 谢 17
附录A：元件清单 18
附录B：程序 19
一、绪论
在日常生产生活中，很多的场合需要非接触自动远距离测量如工业采伐，倒车，机器人避障等这样。超声波的频率是指超过20千赫的机械弹性介质中的冲击波，它具有的特点：消耗能量慢，比较强的指向性，传输距离远，所以在需要非接触式测距的场合中经常被使用。由于超声波对光线和电磁等的敏感度低，所以具有良好的环境适应性，在除了超声精度，实时，价格上也可以是一个很好的选择。为此，本文以STC89C52单片机为核心，采用40千赫的超声波传感器，设计出体积小，精度高，成本低，报警实时和液晶显示的超声波测距仪。
本设计通过将超声波测距和传感器联系在一起，在基于单片机实现汽车防撞，利用单片机的数据处理功能和实时控制，实现汽车与障碍物之间距离的测量并显示，并可以利用蜂鸣器不同频率发出不同声音的特点在不同距离及时报警。本文所设计的超声波测距系统电路简单、合理，实现起来很方便，成本也不高，在设备的更换上也很方便。能满足大多数情况下司机停车、倒车的需要。
汽车防碰撞装置等汽车安全辅助工具可以大大降低车司机倒车时的关注和距离判断错误，在倒车时能有效防止碰撞事故的发生，对人身安全起到一定的保护作用，在一定程度上也能预防车辆的损坏，减少经济损失。本文所涉及的超声波测距的汽车防撞装置采用单片机实现，实现方便，且具有一定的市场价值和现实意义。
二、设计方案论证
（一）测距传感器分析与选择
1、激光测距传感器
激光强度的激光传感器和定向性的光传输特性好，工作时的障碍对准激光传感器，第一发射激光脉冲的反射而在所有方向上的障碍物的散射，一些散射光返回到接收传感器可以接受的微弱的光信号，从而记录和处理发射的光脉冲返回到所经过的时间可以通过以下来确定的距离，也就是可从一半的往返时间乘以光速。它的优点是测量速度快，距离远，规模范围大，测量精度高，缺点是对人体有一个安全问题，难度很大，成本也是比较高的。
2、红外线测距传感器
红外线距离传感器的工作原理是利用红外信号在一个不同的距离障碍反射的强度是不同的，根据这个特性测量出障碍物的距离的远近。它的缺点是，测量精度低、距离近，方向性也较差，优点是成本低，简单，使用安全。
3、超声波传感器
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波传感器的能量消耗慢利于测距。尤其是在进行中长距离的测距时，超声波传感器在精度和方向性上的表现比红外传感器都要好得多，虽然成本比红外传感器要高，但在安全性能和精度上要比红外传感器表现突出。
从激光测距传感器、红外线测距传感器和超声波传感器这三种传感器的性能比较上可以发现：虽然激光测距传感器各方面的性能较为优越，但成本较高、对人体存在一定的安全问题；红外线测距传感器虽然成本较低，但测距的精度也不高；综合上述的比较，本文所设计的系统采用安全性能、成本控制都较为优越的超声波传感器。
（二）设计方案
此方案选择52单片机对系统进行控制，其中超声波发射信号是由52单片机的P0.1口将信号传输到超声波发射电路，超声波发射装置将超声波发出，CX20106A芯片和超声波接收探头组成构成了超声波接收电路，报警系统由蜂鸣器电路构成，根据与障碍物之间的不同距离而返回的时间不同，蜂鸣器会产生不同频率的电信号发出不同报警声提示，所测出来的距离值是显示在4位共阳极数码管上。本设计中将收发超声波的探头分离开来，从而能避免干扰，这样使收发信号不会混叠，提高系统的可靠性。本文设计的超声波测距在设计方面主要包括：
1、单片机控制电路；
2、发射与接收电路；
3、蜂鸣器报警电路；
4、4位数码管显示电路；
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