基于51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)

1、封面目錄摘 要1一. 緒論2二超聲波測距的原理32.1 超聲波的基本理論32.2 超聲波測距系統(tǒng)原理7三. 系統(tǒng)硬件的具體設(shè)計與實現(xiàn)83.1 系統(tǒng)原理和框圖83.2 功能模塊的設(shè)計83.2.1 單片機(jī)介紹83.2.1.1 AT89C51管腳說明93.2.1.2 AT89C51主要特性10芯片擦除113.2.2 超聲波測距模塊HC-SR04113.2.2.1 產(chǎn)品特點113.2.2.2 基本原理123.2.2.3 電氣參數(shù)123.2.2.4 超聲波時序圖12四. 系統(tǒng)軟件設(shè)計131. 程序設(shè)計思路132. 程序流程圖133. 程序14五. 總結(jié)15六. 致謝16七. 參考文獻(xiàn)17八附錄181.原

2、理圖182.PCB圖193.主程序19摘 要基于傳統(tǒng)的測距方法在很多特殊場合：如帶腐蝕的液體，強(qiáng)電磁干擾，有毒等惡劣條件下，測量距離存在不可克服的缺陷，超聲波測距能很好的解決此類的問題。本系統(tǒng)主要以AT89C51單片機(jī)為核心，結(jié)合超聲波測距模塊HC-SR04、數(shù)碼管、蜂鳴器等硬件平臺，對超聲波測距系統(tǒng)的原理、數(shù)碼管顯示、單片機(jī)的應(yīng)用等進(jìn)行了分析和驗證。關(guān)鍵詞：超聲波測距模塊，AT89C51，數(shù)碼管。AbstractIn many special occasions, traditional measuring distance methods based on the existence of

3、 insurmountable distance measuring defects, such as the measurement of corrosion in the liquid with strong electromagnetic interference, toxic and other adverse conditions. The ultrasonic range can be a very good solution to the problem. This system mainly uses AT89C51 microcontroller as the core，ha

4、rdware platform combined with the HC-SR04 ultrasonic ranging module，digital tube，buzzer etc. Analyzed and validated the principle of ultrasonic ran，digital tubes display，the application of single-chip microcomputer etc.Keywords: ultrasonic ranging module，AT89C51，Digital tube.一. 緒論隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距

5、儀中的應(yīng)用越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的測距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化

6、智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。隨著測距儀的技術(shù)進(jìn)步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。在基于傳統(tǒng)的測力距離存在不可克服的缺陷。例如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長期浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。由于超聲波具有強(qiáng)度大，方向性好等特點，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量、機(jī)器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基

7、于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試?yán)щy，可擴(kuò)展性差，所以基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機(jī)通過采樣獲取到超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，其測量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。二超聲波測距的原理2.1 超聲波的基本理論 超聲波是一門以物理、電子、機(jī)械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。該技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。超聲技術(shù)是通過超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接收的物理過程完成的。超聲波具有聚束、定向及反射

8、、投射等特性。按超聲波振動輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息，稱為檢測超聲。超聲波是聽覺閾值之外的振動，其頻率范圍在1010Hz，其中通常的頻率大約在103之間。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴(kuò)散；反之，如果超聲波的波長與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴(kuò)散。于是超聲波在傳播過程中有如下的特性和作用：2.1.1 超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三中形式的振蕩波：橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波質(zhì)點

9、振動方向與傳播方向一致的波；表面波質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。超聲波的頻率越高，越與光波某些特性相似。 超聲波與氣其他聲波一樣，其傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。 超聲波在氣體和液體中，其傳播速度C=（）式中 介質(zhì)的密度； 絕對壓縮系數(shù)。 可以推導(dǎo)出超聲波在空氣種傳播速度。（T為環(huán)境溫度）。 超聲波在固體中的傳播速度分兩種情況： (1)縱波在固體介質(zhì)中的傳播速度 其傳播與介質(zhì)的形狀有關(guān)。 （細(xì)棒） （薄板） （無限介質(zhì)）式中 E楊氏模具； 泊松

10、系數(shù)； K體積彈性模具； G剪片彈性模。(2)橫波聲速公式為 （無限介質(zhì)） 在固體中，介于05之間，因此一般可視為橫波聲速為縱波的一半。 2.1.2 超聲波的物理性質(zhì)當(dāng)超聲波傳播到兩種特性不同的介質(zhì)的平面上時，一部分被反射；另一部分透射過界面，在相鄰的介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射，如圖2.1.2所示：圖 超聲波的反射和折射 (1) 超聲波的反射和折射 當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射，如圖2.1.2所示。聲波的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以分別由如下兩式

11、求得： 式中：分別為聲波的入射角和反射角；分別為兩介質(zhì)的特征阻抗，其中為反射波和折射波的速度。反射角、折射角與聲速滿足折射定律關(guān)系式：。當(dāng)超聲波垂直入射界面時，即，則： 如果sin>，入射波完全被反射，在相鄰兩個介質(zhì)中沒有折射波。如果超聲波斜入射到兩個固體介質(zhì)面或兩粘滯彈性介質(zhì)面時，一列斜入射的縱波不僅產(chǎn)生反射縱波和折射縱波，而且還產(chǎn)生反射橫波和折射橫波。(2)超聲波的衰減超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強(qiáng)按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。在平面波的情況下，距離聲源x處的聲壓p和聲強(qiáng)I的衰減規(guī)律如下： 式中：距離聲源x=0處的聲壓和聲強(qiáng)； 超聲波與聲波間的距離； A衰減系數(shù)，單位為（奈培/厘米）。(

12、3)超聲波的干涉如果在一種介質(zhì)中傳播幾個聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。若以兩個頻率相同，振幅和不等，波程差為d的兩個波干涉為例，該兩個波合成振幅為，其中為波長。從上式看出，當(dāng)d=0或d=（為整數(shù)）時，合成振幅達(dá)到最大值；當(dāng)d=時，合成振幅為最小值。當(dāng)時，；當(dāng)d的奇數(shù)倍時，兩波相互抵消合成幅度為0。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用(1) 機(jī)械作用超聲波傳播過程中，會引起介質(zhì)質(zhì)點交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機(jī)械效應(yīng)。超聲波引起質(zhì)點的運動，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動的頻率的平方成正比的質(zhì)點的加速度卻很大。有時足

13、以達(dá)到破壞介質(zhì)的程度。(2) 空化作用在流體動力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動等一系列動力學(xué)過程稱為空化。(3) 熱學(xué)作用如果超聲波作用于介質(zhì)時被介質(zhì)所吸收，實際上也就是有能量吸收，同時，由于超聲波的振動，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。 2.1.4 超聲波傳感器超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電陶瓷晶片制成，具有可逆特性。壓電陶瓷片具有如下特性：當(dāng)在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時，就會產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”，使

14、壓電陶瓷也產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。也就是說，若在壓電晶片兩邊加以頻率為的交流電電壓時，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣的張弛，當(dāng)落在音頻范圍內(nèi)時便會發(fā)出聲音。反之，如果由超聲波機(jī)械振動作用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 2.1.4.1 元件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2.1.4.2 超聲波外部結(jié)構(gòu) 2.2 超聲波測距系統(tǒng)原理在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲測距大致

15、有以下方法： 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離； 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，故被測距離為 S=12vt。本測量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計時，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。超聲波測距的算法設(shè)計: 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15時）。X2是

16、聲波返回的時刻，X1是聲波發(fā)聲的時刻，X2-X1得出的是一個時間差的絕對值，假定X2-X1=0.03S，則有340m×0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下： 圖 2.2測距原理三. 系統(tǒng)硬件的具體設(shè)計與實現(xiàn)3.1 系統(tǒng)原理和框圖超聲波測距系統(tǒng)硬件組成如圖3-1所示。本系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)及其外圍電路、超聲波發(fā)送接收模塊、數(shù)碼管顯示電路、蜂鳴器報警電路等四部分組成。 C P U數(shù)碼管顯示電路蜂鳴器報警電路超聲波發(fā)送接收模塊電源圖3-1 系統(tǒng)設(shè)計框圖啟動超聲波模塊發(fā)送，計時等待接收，并經(jīng)過計算，將測到的結(jié)果通過三位共陽數(shù)碼管顯

17、示出來，當(dāng)超時沒有接收到超聲波回復(fù)時，數(shù)碼管顯示三個負(fù)號，表示距離太遠(yuǎn)，當(dāng)測量距離低于40cm而大于30cm時，點亮LED提示，當(dāng)測量距離低于30cm時，亮燈并啟動蜂鳴器報警。3.2 功能模塊的設(shè)計3.2.1 單片機(jī)介紹單片機(jī)是把微型計算機(jī)主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計算機(jī)，即將運算器，控制器，輸入輸出接口，部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一個芯片上，故可以把單片機(jī)看成是一個不帶外部設(shè)備的微型計算機(jī)，相當(dāng)于一個沒有顯示器，沒有鍵盤，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。 由于單片計算機(jī)具有體積小，重量輕，耗電少，功能強(qiáng)和價格低等特點，又由于數(shù)據(jù)大多是在芯片內(nèi)傳送處理，所以運行速度快，抗干擾能力強(qiáng)

18、。單片機(jī)從七十年代問世以來，在二十多年的時間里，發(fā)展異常迅速，并已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。單片機(jī)具有通訊接口，用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，單片機(jī)與主機(jī)可并行工作，大大地提高了系統(tǒng)的運行速度，所以在網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域也得到了越來越多的應(yīng)用。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲

19、器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51外形及引腳排列如圖2-1所示。 圖 AT89C51外形及引腳圖3.2.1.1 AT89C51管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位

20、。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口

21、當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用P3口的第二功能。P3.0 RXD：串行輸入口P3.1 TXD：串行輸出口P3.2 /INT0：

22、外部中斷0P3.3 /INT1：外部中斷1P3.4 T0：記時器0外部輸入P3.5 T1：記時器1外部輸入P3.6 /WR：外部數(shù)據(jù)存儲器P3.7 /RD：外部數(shù)據(jù)存儲器P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE

23、脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V

24、編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3.2.1.2 AT89C51主要特性* 與MCS-51 兼容* 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器* 壽命：1000寫/擦循環(huán)* 數(shù)據(jù)保留時間：10年* 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz* 三級程序存儲器鎖定* 128*8位內(nèi)部RAM* 32可編程I/O線* 兩個16位定時器/計數(shù)器* 5個中斷源* 可編程串行通道* 低功耗的閑置和掉電模式* 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.2.1.3芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確

25、的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3.2.2 超聲波測距模塊HC-SR043.2.2.1 產(chǎn)品特點HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達(dá)3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器

26、、接收器與控制電路。原理圖如圖所示：圖3.2.2.1 HC-SR04模塊電路圖3.2.2.2 基本原理(1) 采用IO口TRIG觸發(fā)測距，提供至少10us的高電平信號；(2) 啟動后，模塊會自動發(fā)送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回；(3) 如果有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。(4) 測試距離=(高電平時間*聲速(340m/s)/2；3.2.2.3 電氣參數(shù)表3.2.2.3 HC-SR04電氣參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40KHz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm輸入出發(fā)信號10us

27、的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm3.2.2.4 超聲波時序圖圖3.2.2.4 超聲波模塊時序圖如圖為超聲波模塊發(fā)送接收的時序圖，表明只要提供一個10us以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。四. 系統(tǒng)軟件設(shè)計1. 程序設(shè)計思路本設(shè)計采用軟件查詢的方法，檢測超聲波模塊接收管腳的回波信號情況。當(dāng)信號為0時，表示沒有回波信號，此時等待信號變?yōu)楦唠娖?，?dāng)接收到回波信號時，程序繼續(xù)運行，此時開

28、啟定時器T0，直到回波信號消失才關(guān)閉，此時測到的時間就是回波信號的高電平脈寬時間長度。定時器T1用來數(shù)碼管顯示，并且每個500ms作為一個周期，發(fā)送一次超聲波。2. 程序流程圖開始系統(tǒng)、液晶屏初始化回波？啟動模塊發(fā)送超聲波開啟定時器T0關(guān)閉定時器T0NY回波？NY根據(jù)溫度計算距離LCD顯示距離30cm<距離<40cm？Y超時？NLCD顯示負(fù)號閃燈提示Y距離>700cm？NYN距離<30cm？閃燈提示、蜂鳴器報警Y讀取溫度并計算聲速LCD顯示溫度開始 圖4.2 超聲波測距系統(tǒng)主軟件流程圖3. 程序具體程序見附錄。五. 總結(jié) 在此次有關(guān)超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計，讓我感覺到了單片

29、機(jī)的復(fù)雜深度性，它很貼切我們的日常生活，無所不在，應(yīng)用無處不有，它并不是想象中的那么簡單，也并非是無法克服的堡壘。以上基于單片機(jī)的超聲波的測距系統(tǒng)的設(shè)計包含了：電路分析、數(shù)字、模擬電路和單片機(jī)、EDA、傳感器、C語言等方面的知識，另外還有選材購買、動手制作等方面。所以具有很高的參考價值，同時，該設(shè)計的方案也是來源于生活中廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。設(shè)計硬件之前，要首先收集好有關(guān)的基礎(chǔ)性資料，應(yīng)備有良好的應(yīng)用類參考書和專業(yè)類參考書。對于有關(guān)的科技期刊和專利文獻(xiàn)，也要經(jīng)常閱讀以便了解最新的發(fā)展情況，借鑒現(xiàn)成的經(jīng)驗，避免重復(fù)勞動。在設(shè)計中，要充分了解所用芯片的使用條件及輸入輸出的特性，這樣才能

30、避免因使用錯誤而多走彎路。電路設(shè)計部分應(yīng)該有的精神就是廣集資料。只憑借自己頭腦中的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。哪里出現(xiàn)了問題，就要翻書本，或上網(wǎng)查資料。當(dāng)然也要開動自己的腦筋怎樣使系統(tǒng)電路更完美。在電路設(shè)計時，應(yīng)充分發(fā)揮單片機(jī)的記憶運算、判斷控制能力，避免采用復(fù)雜的、穩(wěn)定性較差的模擬電路。單片機(jī)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的設(shè)計思路，以前構(gòu)建一個系統(tǒng)需用用很多的數(shù)字模擬器件或者電路單元來構(gòu)建，系統(tǒng)可靠性差、缺乏靈活性、維護(hù)不便、成本高、無法實現(xiàn)智能化等諸多缺點。單片機(jī)的應(yīng)用解決了很多問題，現(xiàn)在只要寫一個軟件，通過單片機(jī)和一些簡單的外接電路就可以實現(xiàn)具有很多功能的、而且具有智能化的系統(tǒng)，同時可方便升級維護(hù)。所以單片機(jī)

31、的應(yīng)用廣泛，在日常生活和生產(chǎn)中占用重要位置。所以我們設(shè)計選擇了單片機(jī)的系統(tǒng)其說明我們深深的意識到它的重要作用。最后我非常感謝學(xué)校和老師給我們這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會，讓我親身去體會一個項目開發(fā)的艱難性，第一次站在一個設(shè)計者的角度去看，體會到了他們的艱辛，同時我也感受到了老師對我們的付出，對我們的精心指導(dǎo)，讓我順利完成這次學(xué)習(xí)任務(wù)。六. 致謝 時間真的過的好快，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)之際。距離離校的日子已日趨臨近，畢業(yè)設(shè)計的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。在此我真的要感謝我的指導(dǎo)老師*老師。在本次論文設(shè)計過程中，*老師對該設(shè)計從選題的審核、構(gòu)思、修改到最后定稿的過程中，自始至終都傾注時間、經(jīng)歷和心血。由于我自身經(jīng)驗缺乏

32、，所以一開始真的無法下手，設(shè)計進(jìn)程也很緩慢，而此時老師不僅僅在設(shè)計方面給予引導(dǎo)，在選材方面也給予參考，特別是她多次詢問寫作進(jìn)程，并為我指導(dǎo)，幫助我開拓思路，這些付出和關(guān)心讓我堅定了能夠完成這次設(shè)計的信心。而我在老師的指導(dǎo)下，也不敢松懈，盡可能早的完成畢業(yè)設(shè)計。*老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道、寬厚仁慈的胸懷、積極樂觀的生活態(tài)度，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神為我樹立了一輩子學(xué)習(xí)的典范，她的教誨與鞭策將激勵我在學(xué)習(xí)和生活的道路上開拓創(chuàng)新。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。真的發(fā)自內(nèi)心的說一句：*老師，謝謝您。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱，評議和參與本人論文

33、答辯的各位老師真心地表示感謝，謝謝你們。七. 參考文獻(xiàn)【1】 胡萍.超聲波測距儀的研制.計算機(jī)與現(xiàn)代化，2003.10【2】 時德剛，劉嘩.超聲波測距的研究.計算機(jī)測量與控制，2002.10 【3】 華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002 .5【4】李華.MCU-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6【5】 陳光東.單片機(jī)微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)(第二版).武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.4【6】 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999. 6.【7】 蘇長贊.紅外線與超聲波

34、遙控.北京：人民郵電出版社，1993.7【8】 張謙琳.超聲波檢測原理和方法.北京：中國科技大學(xué)出版社，1993.10【9】 九州.放大電路實用設(shè)計手冊.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.5【10】 樊昌元，丁義元. 高精度測距雷達(dá)研究.電子測量與儀器學(xué)報，2000.10【11】 蘇偉，鞏壁建.超聲波測距誤差分析.傳感器技術(shù)，2004.【12】 永學(xué)等.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用.電子產(chǎn)品世界，2003.12【13】 勝全.D18B20數(shù)字溫度計在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制. 南京：南京大學(xué)出版社1998. 3【14】 恒清，張靖.加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法.通化

35、師范學(xué)院學(xué)報，2004 .10八附錄1.原理圖圖8.1 系統(tǒng)原理圖2.PCB圖圖8.2 系統(tǒng)PCB圖3.主程序/*/ #include <AT89x51.H>/器件配置文件#include <intrins.h>#define RX P2_7/接收端口#define TX P2_6/發(fā)送端口#define BEEP P2_0/蜂鳴器端口#define LED P0_6/蜂鳴器端口unsigned int time=0;/定義發(fā)送到接收的時間unsigned int timer=0;/定義超聲波掃描周期unsigned char posit=0;/數(shù)碼管位選端unsign

36、ed long S=0;/定義距離為0bit flag =0;/超出距離標(biāo)志位unsigned char const discode = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xBF,0xff/*-*/;/共陽數(shù)碼管段選unsigned char const positon3= 0x20,0x40,0x80;/三位數(shù)碼管位選unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,;/*/void Display(void) /掃描數(shù)碼管if(posit=0)P1=(discodedisbuffposit)&0x7

37、f;/顯示第一位和小數(shù)點elseP1=discodedisbuffposit;/顯示第二位和第三位P3=positonposit;/位選if(+posit>=3)/循環(huán)，顯示三位posit=0;/*/void Conut(void)time=TH0*256+TL0;/計算時間，單位是usTH0=0;/時間清除TL0=0;/時間清除S=(time*1.7)/100; /超聲波的速度按340m/s計算，由于路程往返，需要除以2，算出來是CM，if(S>=700)|(flag=1) /超出測量范圍顯示"-" flag=0;/清除定時器T0中斷標(biāo)志位disbuff0=10; /"-"disbuff1=10; /"-"disbuff2=10; /"-"elsedi