基于51單片機的超聲波測距儀設計

1、江蘇經貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）單片機的超聲波測距儀設計基于題目:MCS51）信息技術學院系（院12應用電子專業(yè)班級1227031128號學學生姓名萬小偉董李江職校內導師稱老師職夏國平企業(yè)導師稱工程師職企業(yè)導師潘仕美稱研究生5年2015月日12基于MCS51單片機的超聲波測距儀設計摘要：伴隨著社會的發(fā)展，人們的生活質量不斷地提高，各個的城市不斷地在發(fā)展，當然城市的排水系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展和改進，由于很多的原因和很多的因素，每個城市的排水系統(tǒng)，現(xiàn)在的城市的發(fā)展和建設往往忽略一些重要的項目那就是排水系統(tǒng)。所以好多的城市經常出現(xiàn)開挖已經建設好的建筑和工程設施來改進排水系統(tǒng)因此他們忽視到這個問題的

2、嚴重性。因此，我的論文設計是采用以AT89C51單片機為核心的高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法它還有一個重要的指標那就是低成本一種的設計方法。通過一系列的實驗反饋，這個軟件設計的非常的合理、低成本、實時性良好，經過開發(fā)和研究，因此在許多的方面得到很多的發(fā)展和有效的解決一些重要的問題比如在汽車的倒車，建筑的工地上，還有一些重要的工業(yè)現(xiàn)場的重要的位置等等。關鍵詞：超聲波測距儀AT89C51ThedesignofultrasonicrangefinderbasedonMCS51Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology

3、,theimprovementofpeople'sstandardofliving,speedingupthedevelopmentandconstructionofthecity.urbandrainagesystemhavegreatlydevelopedtheirsituationisconstantlyimproving.controlsystemFreesewageculvertclearguaranteerobot,therobotisdesignedtocleartheculvertsewagetothecore.AtthecoreofthedesignusingAT89

4、C51low-cost,highaccuracy,Microfiguresshowthattheultrasonicrangefinderhardwareandsoftwaredesignmethods.signalprocessing,andtheultrasonicrangefinderfunction.Onthebasisoftheoverallsystemdesign,hardwareandsoftwarebytheendofeachmodule.Keywords:SilentWaveMeasureDistanceAT89S52目錄第一章緒論-1-1 1課題設計的目的和意義-11.2超

5、聲波測距儀設計思路-11.2.1 超聲波測距原理及方案論證-11.2.2 超聲波測距儀原理框圖-2-第二章課程的方案設計-3-2.1 系統(tǒng)整體方案的設計-3-第三章51系列單片機的功能特點及測距原理-3-3.1 基于51系列單片機的功能特點-33.2 單片機實現(xiàn)測距原理-43.3 超聲波測距原理和結構-53.4 超聲波檢測發(fā)射電路-53.5 超聲波檢測接受電路-5-第四章系統(tǒng)的軟硬件的調試和程序圖- 6-總結- 10-致謝- 10-參考文獻- 11-第一章緒論1 1課題設計的目的和意義論文設計目的；隨著社會的不斷地發(fā)展，電子測量技術得到了長遠的展，超聲波的精準測量得到了科技人員的重視和研究。隨

6、著城市的經濟的發(fā)展，人們開始廣泛的使用電子測量技術，然而以精準著稱的超聲波走進了人們的生活中，超聲波性價比高，功能強開始得到人們的青睞。20HZ的聲波我們把它稱為超聲波。超聲波和其他的機械波一樣擁有它傳播的介質，比如在發(fā)生折射及反射現(xiàn)象分界面中的介質里傳播，進入介質中傳播和不斷發(fā)生衰減的現(xiàn)象。由于超聲波具有這些特種和現(xiàn)象，因此把超聲波用來測量距離。通過實驗我們知道超聲波的準確性非常的高下面我會證明的，在現(xiàn)在我們的生活水平和技術不斷的開發(fā)，超聲波測距技術也是我們不可或缺的一項科技它也融入到我們的生活中。大多數(shù)的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，用于倒車，冷庫的測量，工程的測量，超聲測距是一

7、種非接觸檢測技術，不會受任何的介質和其他的一些物質受到影響的所以我們可以放心使用，超聲波還有一項很重要的性能那就是衛(wèi)生沒有污染，當然除了衛(wèi)生還有它非常的耐潮濕和耐高溫以及對一些環(huán)境非常惡劣的情況下和一些腐蝕的氣體都不會受到任何的影響。所以具有好多西優(yōu)秀的特征比如：少污染，可靠高，和壽命長等等。因此礦業(yè)、電廠、水處理廠、污水處理廠、農業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等都得到了很大運用。水，糖，和一些我們常喝的飲料中大大的改善我們生活的質量的保證。超聲波在各種環(huán)境中可以有效地控制距離的準確性還有好的企業(yè)直接很好地運用到。因此，因此超聲波可以在不同的環(huán)境中有著不同的應用和

8、發(fā)展。用超聲波檢測通?？焖俦憬?、方便、計算簡單、很容易實現(xiàn)控制等，而且在測量精度方面能達各種企業(yè)的發(fā)展的要求標準，因此超聲波開發(fā)減輕人們負擔，提高準確性是一項重要的指標，在一些科技館中我們看到很多的機器人可以準確的避障礙物行走，就是因為機器人內部中裝有超聲波的準確測距，從而使得機器人很快的獲知障礙物的距離，方向等一系列的障礙因素。所以超聲波在科技中得到了永久的發(fā)展這是一座里程碑。所以超聲波上具有的優(yōu)點在各個行業(yè)都有舉足輕重的發(fā)展，它代表著人類的進步，發(fā)展，探知的一個重要的里程碑1.2超聲波測距儀設計思路1.2.1 超聲波測距原理及方案論證超聲波傳感器好和測距原理：通過科學家的研究結果表明把超過

9、20HZ頻率的聲波稱之為超生波。通過超聲波傳感器發(fā)出來的聲波和接受聲波，我們稱為超聲波換能器或超聲波探頭。在超聲波中我們把它設計為超聲波傳感器里面擁有發(fā)射器和接受器.下面我解釋一下超聲波傳感器的一些重要的原理：我們利用壓電的效應原理將壓電效應出來的電能和超聲波傳感器發(fā)出的超聲波完美的相互轉化，因此在發(fā)射超聲波的時候，則將超聲波轉化為電能，我們發(fā)射超聲波的時候在它收回波時，我們就可以把超聲波的震動轉化為電信號，這也是人類進步的一個標準。-1-我在解釋一下超聲波測距的原理是什么：超聲波測距的原理我們一般采用的是叫渡越，首先我們要先測出我們已經發(fā)射超聲時所遇到的障礙物往返所用的時間TOF時間簡稱為t

10、,最后在和超聲波所發(fā)射的速度相乘即就可以得到障礙物和二倍聲源之間的距離。根據(jù)要求和研究和它方面的因素，在超聲波測距中我們一般都用叫動態(tài)掃描的一種重的數(shù)字顯示的功能，而在超聲波測距里的結構我們用的是要的方法從來成功的實現(xiàn)出LED的單片機來實現(xiàn)的。原因是單片機的定時器可以完美的完成超聲波的驅動信號從AT89C52而形成超聲波的測距儀.圖1.2.1超聲波測距儀的系統(tǒng)框1.2.2超聲波測距儀原理框圖超聲波測距原理圖1.2.2所示。超聲波發(fā)出40kHz的信號，隨后進行放大，在經過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器可以汲取到超聲波發(fā)射的信號，繼而通過放大器的放大效果，在用鎖相電路舉行檢波處置后，最終驅動單片機

11、的中止流程，繼而得出這個時段的時間t,再由其他軟件進行識別，從而得出它的距離送到LED鎖相環(huán)超聲波接收器放大電路檢波電路單片機定時器控制顯示器超聲波發(fā)射器放大電路超聲波測距儀原理框圖圖1.2.2-2-第二章課程的方案設計2.1系統(tǒng)整體方案的設計因為超聲波具有指向性強的一個重要的特征，所以在介質中超聲波傳布的間隔是比較遠的，于是在距離的測量上超聲波得到了很大的運用?，F(xiàn)在在一些農業(yè)生產上都可以達到自動化的效果，因為他們有效合理的利用超聲波測距的一些重要的指標加以實現(xiàn)自動化的效果比如它設計方便，計算處理簡單等等，大大的提高農業(yè)生產頻率?？梢钥闯龀暡ㄔ谠絹碓蕉嗟念I域上的得到發(fā)展和升華。使用超聲波的放

12、射出和承受超是聲波測距的理論，按照超聲波流傳的時間檢測超聲波所傳布的距離。所以它在很多儀器被運用其中有一種測距儀是將發(fā)射波被一些東西反彈回來后吸收的反射波方式。第三章51系列單片機的功能特點及測距原理3.1基于51系列單片機的功能特點我們知道在51系列單片機中最經典的芯片也就是AT89C2它一般選用的是40引腳雙列直插拼裝形式效果，在它的里面是由CPU4kB的ROM256B的RAM2個16b的定時/計數(shù)器TO和T1,4個8b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一個全雙功用行通信口等組成。，圖3.1該系列單片機引腳與封裝5l系列單片機可以供應下列功效：4kB存儲器；256BRAIM32條工/

13、O線；2個16b定時/計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。-3-掉電的形式：保留RAM勺內容，振蕩器停振，抑制芯片所有的其余的功效一直到下一次硬件復位為止?？臻e的形式：CPU亭止工作，而讓RAM定時/計數(shù)器、用行口和中止系統(tǒng)不斷地進行工作的形式。單片機實現(xiàn)測距原理3.2我們知道通過單片機發(fā)出超聲波測距是不斷的檢測超聲波發(fā)射后所遇到額碰撞物障和礙物所折射的回波，因此可以測出發(fā)射和回收回波的時間差為tr,最后可以求出它的距離為S=Ct/2,其中的C的定義為為超聲波波速。為了限制這個系統(tǒng)的最大可測距離一般存在4個重要的因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射以及入射聲波之間的夾角和接

14、收換能器的靈敏度。為了增加超聲波所測量的覆蓋范圍以及減小測量誤差度，所以一般可以采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射和接收的設計方法。它的測量一般和溫度有關圖3.2幾種溫度速度因為有測距時它的溫度連續(xù)不斷的變化可以看出，在通過溫度傳感器自動探測環(huán)境溫度下可以知道，肯定要計算距離時候的波速C,以及比較精確地算出該環(huán)境下超聲波通過的路程，為了提升它的測量精確度。一般在波速確定后的時候，從而測得超聲波往返的時間r,即而可以得出距離5。系統(tǒng)原理框圖3.2.1在單片機發(fā)出短暫的40kHz信號的時候，繼而通過放大后通過超聲波換能器輸出；在反射后的超聲波通過超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，在鎖相環(huán)對此信號

15、鎖定，由于產生鎖定信號啟動單片機中斷程序，從而得出時間t,再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至LED顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設定范圍系統(tǒng)提示聲音報警電路報警。-4-3.3 超聲波測距原理和結構在任何一方向發(fā)射超聲波的時候，同時開始計時在發(fā)射時刻的時候，可以知道超聲波在空氣中不斷的傳播和發(fā)射，在途中碰到一些的障礙物就立即返回來，超聲波接收器立即，則可以計算出停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度一般為340m/s,根據(jù)記錄的時間t(s),公式為：。s=340t/2發(fā)射點距障礙物的距離我們知道超聲波易于定向方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高

16、度測量的理想手段。通過分析超聲波測距誤差產生的原因，提高測量時溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設計的高精度LM92間差到微秒級，以及用超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。3.4 超聲波檢測發(fā)射電路，使它的頻率與換能器的555時基電路振蕩產生超聲波信號它的頻率是40HZ利用的電壓。由單片機控制。12V40kHz固有頻率一樣555時基具有足夠驅動能力是LED in'r I：曲"超聲波發(fā)射電路原理圖圖3.4超聲波檢測接受電路3.5采用集成電路，我們經常用的電視機紅外遙控

17、接收器。是超聲波接收電路，CX20106A是利用一款紅外線檢波接收超聲波的專業(yè)芯片。設計者考慮到紅外遙控常用的載波頻率比較的相近所以利用它我們把它作為超聲波檢測電路。通40KHz38KH*測距超聲波頻率就可以改變C4過實驗證明它具有較強的干擾能力和很高的靈活性。因此適當改變的大小，接受電路的抗干擾能力以及靈敏度。- 5-第四章系統(tǒng)的軟硬件的調試和程序圖超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1和TCT40-10S1,40HZ是它的主要頻率，從而保持在兩換能器中心軸線平行并相距48cmi測距儀能測的范圍為0.083.00m,測距儀精度1cmi是它的主要性能指標下面是我寫的一些程序

18、的清單是用匯編語言編寫的超聲波測距控制源程序：先采用AT89S52單片機和12MHz晶振顯示緩沖單元在40H43H,使用內存44T45H46H用于計算距離20H用于標志。./65ms初值VOUTEQUP1.0;MOVTL0,#00H;脈沖輸出端口/初值中斷入口程序*/40KHz*MOVTH1,#0F2HORG0000HMOVTL1,#0F2HLJMPSTARTMOVP0,#0FFHORG0003HMOVP1,#0FFHLJMPPINT0MOVP2,#0FFHORG000BHMOVP3,#0FFHLJMPINTT0ORG0013H;MOVR4,#04H超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的RETI/ORG

19、001BH一半）SETBPX0LJMPINTT1SETBET0ORG0023HSTEBEARETICLR00HORG002BHRETI開啟測距定時器SETBTR0；START1:LCALLDISPLAY*主程序*JNB00H,START1;START:MOVSP,#4FH1/MOVR0,#40H;收到反射信號時標志位為CLREA為顯示數(shù)據(jù)存放單元/4043HMOVR7,#0BH;LCALLWORK計算距離子程序/SETBEACLEARDISP:MOVR0,#00HCLR00HINCR0SETBTR0DJNZR7,CLEARDISP;重新開啟測距定時器MOV20H,#00H/;MOVTMOD,#

20、21H;MOVR2,#64H4*100=400ms位自動重裝模式8/T1為測量間隔控制GLOOP:LCALLDISPLAYMOVTH0,#00H;- 6-;接收成SETB00HDJNZR2,LOOPSJMPSTART1功標志RETI- 中斷程序*延時程序中斷，；T065ms中斷一次*DL1MS:MOVR6,#14HINTT0:CLREADL1:MOVR7,#19HCLRTR0DJNZR6,DL1MOVTH0,#00HRETMOVTL0,#00H*顯示程序SETBET1*R1,#40H;GSETBEAMOVDISPLAYR5,#0F7H;GSETBTR0;MOVA,R5MOVPLAY:/啟動計時

21、器T0,用以計算超聲波P0,#0FFHMOV來回時間P2,AMOVSETBTR1;A,R1T1/開啟發(fā)超聲波用定時器MOVDPTR,#TABMOVOUT:RETIA,A+DPTR；T1中斷，發(fā)超聲波用MOVCP0,AINTT1:CPLVOUTMOVLCALLDLIMSDJNZR4,RETIOUTR1;CLRTR1INCA,R5MOVT1超聲波發(fā)送完畢，關ACC.0,ENDOUT;GCLRARRMOVR4,#04HR5,A;SETBEX0MOVPLAY/開啟接收回波中斷AJMPP2,#0FFHENDOUT;MOVRETIOUT:RETIP0,#0FFHMOV0;外中斷，收到回波時進入RET;關計

22、數(shù)器PINT0:CLRTR0TAB;DB0C0H,0F9H,0A4H,CLRTR10B0H,99H,92H,82H,0F8H,CLRET180H,90H,0FFH,88H,0BFHCLREA;共陽數(shù)碼管CLREX0MOV44H,TL0;不亮0,1,2,3,4,5,6,7,8,9/移入處理單元*超聲波距離的計算程序的公式MOV45H,TH0一般的17/1000cm)計算值X(=-7-A,R1MOVWORK:PUSHACCR5,AMOVPUSHPSWPUSHBR3,#00DMOVPSW,#18HMOVR2,#10DMOVMOVR3,45HLCALLDIV4BY2R2,44HMOV42H,R4R1,

23、#00DMOVMOVMOVR0,#17DMOVA42HJJ2JNZLCALLMUL2BY2A,41H;MOVR3,#03HMOV,最先看看次/MOVR2,#0E8H這個次高位為0高位是不是不亮DIV4BY2A,#0AHLCALLDIV4BY2SUBBJJ2JNZMOV40H,R4ET1JNB將計數(shù)值LCALLMOV;A,40HMOV42H,#0AHJNZJJ0次高位不亮，次高位也不亮/43H,R0MOVMOV40H,#0AH;JJ2:BPOP最高位為/0,不點亮PSWAR0POPJJ0:MOVACCMOVPOPR4,ARETMOVAR1*兩字節(jié)無符號數(shù)乘法程序AMOVR5AR3,#00DMUL

24、2BY2:CLRMOVR7,AMOVR2,#100DMOVR6,ALCALLDIV4BY2MOVMOVR5,A41H,R4MOVR4,AMOVMOVA,41H46H,#10HMOVJJ1JNZC;MOVA,40HMULLOOP1:CLRA,R40/這個高位為，MOVA最先看看最局位是不是不鳧RLCR4,AMOVSUBBA,#0AHR5MOVJJ1JNZA,ARLC;41H,#0AHMOVR5,A最高位不亮，次高位也不亮/MOVA,R6MOVARLCA,R0JJ1:MOVR6,AR4,AMOVMOV-8-R6,AMOVMOVA,R7A,R7MOVRLCAARLCMOVR7,AR7,AMOVMOV

25、A,R0A,R0RLCAMOVAMOVR0,ARLCR0,AMOVA,R1MOVA,R1RLCAMOVAR1,AMOVRLCR1,AJNCMULLOOP2MOVCCLRMOVA,R4A,R0ADDA,R2MOVA, R2R4,AMOVSUBBB, AA,R5MOVMOVMOVA,R1ADDCA,R3A,R3SUBBMOVR5,ADIVLOOP2A,R6MOVJCR0,BA,#00HMOVADDCR1,AMOVMOVR6,ACMOVA,R7DIVLOOP2:CPL46H,DIVLOOP1DJNZA,#00HADDCA,R4MOVMOVR7,AA46H,MULLOOP1RLCMULLOOP2:DJNZAMOVRETR4,R5MOV/*四字節(jié)兩字節(jié)無符號數(shù)除法程序A,AMOVDIV4BY2:46H,#20HRLCAR5,#00HMOVR0,MOVA,R6MOVR1,#00HMOVARLCR6,AA,R4DIVLOOP1:MOVMOVA,R7MOVARLCAMOVRLCR4,AR7,AA,R5MOVMOVRETARLC;R5,AMOVENDA,R6MOVARLC- 9-總結由于時間和其他的相關因素我沒有做出實物，對此我感到非常的抱歉，但是對我設計超聲波的一個很好地理論對此我問心無愧。最終我設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產