基于单片机的超声波测距仪设计与实现

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1、目录引言11系统设计原理及总体设计31.1系统设计原理31.1.1测距原理31.2传感器工作原理41.2.1传感器的类型及设计要求41.2.2设计所用传感器工作原理51.3系统总体设计61.3.1总体设计思路61.3.2系统组成61.3.3工作过程72系统硬件设计82.18051单片机结构及功能82.1.18051单片机结构82.1.28051单片机内部各结构功能92.1.38051单片机的主要性能特点102.2发射电路设计102.2.1发射电路功能102.2.2发射电路原理图112.3接收电路122.3.1接收电路功能122.3.2接收电路原理图122.

2、3.3中断电路132.4显示电路142.4.1LED数码管显示原理142.4.2显示译码器153系统软件设计173.1主程序173.2显示程序183.3中断程序184系统调试204.1硬件检测和调试...204.2软件调试204.3干扰处理21结论23参考文献24附录1：硬件电路总体设计图24附录2：程序全文26附录3：PCB印制板图28致谢29引言1．设计目的：随着科技的进步，人们对测量的方法和测量的精度的要求也越来越高。在日常生活中，工业活动和农业生产中，经常会遇到难以用常规办法进行测量的情况。超声波指向性强、易于定向发射、强度好控制、能量消耗缓慢、传

3、播距离较远、不受恶劣天气和光线影响，根据他的这些优点所设计的测量仪可实现比较迅速、方便的测量。它设计比较方便，计算处理也较简单，易于做到实时控，测量时与被测物体无自接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。超声波测量仪可用在不便于人工测量的地方，为生活中工作中，提供不可想象的便利。如汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度等的实时测量场合。超声波测距仪是非接触式测量仪。得益于它的非接触式，它能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量

4、有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。目前基于超声波测距的精度需求和盲区减小的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。本设计结合超声波测距原理，传感器原理等，进行了系统的硬件和软件设计。本设计为以MCS-51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪。本设计主要应用于短距离测量,设计的最终目的为:测距范围为0~10米；相对误差为＜±5%。工作环境为-10℃~+55℃。雨、雪、雾、黑夜均不受影响。2．国内外测距仪介绍：距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数

5、，测距成为数据采集中要解决的一个问题。国外测距仪表早期大多采用机械原理，但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且总结了许多新的测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善，功能有了很大的提高。从国外测距仪表发展的技术动向看，当前国外测距仪新技术普遍应用。普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机辅助测试(CAT),数字信号处理(DSP)、专用集成电路(ASIC)及表面贴装技术等。呈现出(1)智能化测距仪;(2)非接触测量方式的测距仪;(3)新原理的小型测距。国内的早期的测距仪也是基于机械原理的，但是随着世界的电子技术的发

6、展，国内位移测距仪在各方面不甘落后，甚至在某一方面科技含量更高。主要测距方法有：（1）人工检尺利用皮尺测量距离，这是至今仍然在全世界广泛使用的最简单方法，人工测量的精度一般，存在人为因素误差。（2）雷达测距仪连续式微波测距仪这几年逐步推向市场。它通常采用调频雷达原理，利用同步调频脉冲技术，微波发射和接收器安装在发射点，向需要被测物面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时，由于来回传播时间延迟，发射频率己改变了。将两者信号混合处理，所得信号差频正比于发射点到被测物面之间的距离。（3）激光测距仪激光测距仪的测量原理是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光

7、光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。（4）γ射线测距仪该技术是基于γ射线对不同物质产生不同衰减的理论。γ射线测距特别适用于传统测量仪表不能解决的测量问题，因为测量件没有任何部件与被测介质相接处。（5）超声波测距仪超声波测距仪是非接触测距仪中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。3．超声波的特点超声波是声波大家族中的一员。声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，

8、这便是声波。超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下