基于51单片机超声波测距分析研究电气工程专业.doc

目录 摘 要 2 ABSTRACT 3 目 录 4 1 绪论 1 1. 1 概述 1 1. 2 国内外发展现状 1 2 系统总体方案设计 2 2. 1 设计要求 2 1）可进行距离测量。 2 2） 采用数码管显示距离数据。 2 3） 可按键设置距离门限值 2 4） 具有报警功能 2 2. 2 方案选择 2 2. 2. 1 单片机的选择 2 3 系统硬件设计 2 3. 1 整体方案设计 2 3. 1. 1 系统概述 2 3. 1. 2 系统框图 3 3-1 系统框图 3 3. 2 最小系统模块 3 3. 2. 1 STC89C52简介 3 （1）概述 3 （2）主要功能与特性 3 3. 2. 2 最小系统电路 4 图3-2 单片机最小系统 5 3. 3 HC-SR04模块 5 3. 3. 1 HC-SR04简介 5 T = （定时器0溢出次数 * （0XFF - 0XCE））/ 1000 6 3. 3. 2 超声波的特性 6 图3-4 人的听觉范围 6 （1）束射特性 6 （2）吸收特性 7 （3） 超声波的能量传递特性 7 （4）超声波的声压特性 7 3. 3. 3 超声波换能器 7 图3-5 超声波传感器结构 8 3. 3. 4 超声波传感器原理 8 图3-6 超声波内部结构 9 1． 波长 9 2． 反射 9 3． 温度效应 10 4. 衰减 10 图3-7 声压在不同距离下的衰减特性 10 5．声压特性 10 图3-8 超声波传感器的声压图 11 6．灵敏度特性 11 图3-9 超声波传感器灵敏度示意图 11 7．辐射特性 11 3. 3. 5 测距分析 12 图3-11探测距离原理图 13 3. 4 显示模块 14 3.4.1 数码管简介 14 图3-12 数码管 14 3. 4. 2 数码管显示模块电路 15 图3-13 模块连接图 15 3. 4. 3 按键模块电路 15 图3-14 按键模块电路图 15 3. 4. 4 报警模块电路 16 图3-15 报警模块电路图 16 4 软件设计 16 4. 1 程序语言及开发环境 16 4. 2 程序流程图设计 17 4. 2. 1 超声波模块程序流程图设计 17 图4-1 超声波模块程序流程图 17 4. 2. 2 主程序流程图设计 18 图4-2 主程序流程图 18 5 硬件组装与调试 18 5. 1 元器件的选择与测量 18 5. 2 元件的焊接与组装 19 5. 3 电路的调试 19 5. 3. 1 调试方法 20 5. 3. 2 调试步骤 20 （1）通电前检查 20 （2）通电观察 20 （3）单元电路调试 20 （4）整机联调 21 6 总结 22 参考文献： 23 致 谢 24 摘 要 使用超声波来测距有许多优势,例如不受光强度、色彩和电磁场等外界因素的干扰，而且超声波传感器的价位偏低、结构也比较简单，超声波以声速传播，便于收发与计算。在汽车倒车雷达、移动机器人的避障、尤其是测量距离等诸多方面都已有了十分广泛的运用。 本次毕业设计的超声波测距仪是在STC89C51单片机的基础上设计的，在剖析和了解了超声波的一些长处和特点后，又查阅了使用超声波测距的基本原理。在最后决定使用51单片机系统和超声波传感器一起组成。设计的超声波测距仪的硬件部分主要包括超声波接收模块、单片机与超声波模块组成的超声波发射模块、LED数码显示模块和扩展报警模块、电源及复位模块。软件部分主要包括单片机主程序、根据超声波发射与接收计算距离程序、LED距离显示程序、按键控制程序和蜂鸣器报警程序，这样安排使系统具有模块化的优点。系统易于进行控制，具备可靠地的性能和比较高的测量精度，最关键的是可以对距离进行实时测量。 关键词： 单片机； 超声波传感器； 数码显示； 报警 ABSTRACT The use of ultrasonic ranging has many advantages such as no interference light intensity, color and electromagnetic field and other factors, and the ultrasonic sensor has the advantages of simple structure, low price, easy to send and receive ultrasonic at the speed of sound propagation, and calculation. It has been widely used in automobile reversing radar, obstacle avoidance of mobile robot, especially measuring distance and so on. The graduation design of the ultrasonic range finder is based on the STC89C51 microcontroller design, in the analysis and understanding of some of the advantages and characteristics of ultrasound, but also access to the basic principles of ultrasonic ranging. In the final decision to use the 51 single-chip system and ultrasonic sensors together. The hardware design of the ultrasonic range finder includes ultrasonic receiving module, MCU module and ultrasonic transmitter module, LED digital display module and extended alarm module, power and reset module. The software includes the main microcontroller, according to ultrasonic transmitting and receiving distance, LED distance calculation program display program, key control procedures and buzzer alarm procedures, this arrangement allows the system has the advantages of modularity. The system is easy to control, with reliable performance and relatively high measurement accuracy, the most critical is that the distance can be measured in real-time. KEYWORDS: microcontroller; ultrasonic sensor; digital display; alarm 目 录 1. 绪论 1 1. 1 概述 1 1. 2 国内外发展现状 1 2. 系统总体方案设计 2 2. 1 设计要求 2 2. 2 方案选择 2 2. 2. 1 单片机的选择 2 3. 系统硬件设计 2 3. 1 整体方案设计 2 3. 1. 1 系统概述 2 3. 1. 2 系统框图 3 3. 2 最小系统模块 3 3. 2. 1 STC89C52简介 3 3. 2. 2 最小系统电路 4 3. 3 HC-SR04模块 5 3. 3. 1 HC-SR04简介 5 3. 3. 2 超声波的特性 6 3. 3. 3 超声波换能器 6 3. 3. 4 超声波传感器原理 8 3. 3. 5 测距分析 12 3. 4 显示电路 14 3. 4. 1 数码管简介 14 3. 4. 2 数码管显示模块电路 14 3. 4. 3 按键模块电路 15 3. 4. 4 报警模块电路 16 4. 软件设计 16 4. 1 程序语言及开发环境 16 4. 2 程序流程图设计 17 4. 2. 1 超声波模块程序流程图设计 17 5. 硬件组装与调试 18 5. 1 元器件的选择与测量 18 5. 2 元件的焊接与组装 19 5. 3 电路的调试 19 5. 3. 1 调试方法 20 5. 3. 2 调试步骤 20 6. 总结 22 参考文献 24 致 谢 23 1 绪论 1. 1 概述 超声波测距法是利用超声波测量从已知位置到待测物体表面的超声波方法。超声波是一种机械波，其频率为20kHz以上的声波。超声波测距是仿生学的一个非常出名的例子，它是基于蝙蝠通过超声波反射的狩猎发现的。它对生产领域有很大的影响。 机器人技术自诞生以来发展迅速，机器人的使用不仅限于工业生产，而且已经进入人们的日常生活中。机器人的广泛使用对于提高人们对机器人的理解变得越来越重要。机器人可以感知并用特殊知觉系统完成躲避障碍物，自动寻路功能决定，在制度面前的障碍环境中的位置、范围等。超声波测距具有测距精度高、成本低、环境要求低、使用方便等特点。将红外、灰度等传感器与超声波结合在一起，将能够协同工作，使机器人能够自动寻找路径和绕过障碍物等功能。由于介质中传播的相对稳定的方向和能量的缓慢传播，它可以用来传输很长的距离，所以在测量距离时经常使用。超声最常见的用途是在汽车倒车雷达、测距仪、移动机器人，和一些特殊的工业区。超声波传感器可能会智能化、自动化，更方便、高效的测距。 随着电子测量技术的飞速发展，利用超声波可以实现精确测量。在经济不断发展的背景下，测量技术得到了越来越广泛的应用。因此，超声波以其稳定性好、成本低、精度高等优点受到人们的广泛关注。 1. 2 国内外发展现状 超声波测距技术是一项非常有前途的技术，近距离超声波测距不会受光线影响，而且结构相对简单，性价比高。超声波测量的最重要的优点是，传播的环境介质非常常见，并且可以使用空气，液体和固体，所以使用的范围是非常大的。更重要的是超声波检测的使用可以大大降低劳动强度，可以避免工作人员在恶劣环境下遭受的损害，而且可以提高测距精度；此外，超声波测距还可以用于其他系统，如机器人避障系统，汽车防撞系统的自动停车系统和倒车雷达系统，所以超声波测距对于电子测量技术发展是非常重要的。 2 系统总体方案设计 2. 1 设计要求 1）可进行距离测量。 2） 采用数码管显示距离数据。 3） 可按键设置距离门限值 4） 具有报警功能 2. 2 方案选择 2. 2. 1 单片机的选择 方案一：使用DSP作为系统控制器。数字信号处理器（DSP）是一种特殊的微处理器，是一种以数字信号处理信息的元件。DSP可以容纳较大范围的元件值，不容易受到装置外部的影响，比如温度等，可集成化程度高，可以一起使用处理器，可以同时段传输多路信号，可以根据情况来自动调整参数，可用于低频信号等。但DS