單片機(jī)超聲波測(cè)距

1、成績(jī) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 課 程 名 稱(chēng) 單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 院 部 名 稱(chēng) 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 13電氣工程及其自動(dòng)化（單） 學(xué) 生 姓 名 楊秋平 學(xué) 號(hào) 1304201016 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) 工科樓 C304 課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí) 20 指 導(dǎo) 教 師 李國(guó)利 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制摘 要超聲波具有傳播距離遠(yuǎn)、能量耗散少、指向性強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中常利用這些特點(diǎn)進(jìn)行距離測(cè)量。超聲波測(cè)距具有非接觸式、測(cè)量快速、計(jì)算簡(jiǎn)單、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)、液位測(cè)量等方面應(yīng)用廣泛。本次課設(shè)利用超聲波傳播中距離與時(shí)間的關(guān)系為基本原理，以80C

2、51單片機(jī)為核心進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理，通過(guò)外圍電源、顯示、鍵盤(pán)、聲光報(bào)警等電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電、測(cè)距顯示、報(bào)警值設(shè)置及報(bào)警提示的功能。軟件部分采用了模塊化的設(shè)計(jì)，由系統(tǒng)主程序及各功能部分的子程序組成。超聲波回波信號(hào)輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理后實(shí)現(xiàn)其預(yù)定功能。 關(guān)鍵詞：80C51單片機(jī)；超聲波測(cè)距 目 錄一 、概述3二、總體設(shè)計(jì)方案及說(shuō)明6三 、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)7 （1） 時(shí)鐘模塊7 （2） 超聲波測(cè)距模塊7 （3） 警報(bào)電路模塊8 （4） 距離顯示模塊 8 （5） 清零模塊9 （6） 電路總體設(shè)計(jì)圖9四 、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)10 系統(tǒng)源程序10五、系統(tǒng)仿真過(guò)程與結(jié)果14六、系統(tǒng)實(shí)物制作與功能實(shí)現(xiàn)

3、15六 、總結(jié)19七 、參考文獻(xiàn)20一、概述1.1單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制

4、電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.2 超聲波測(cè)距原理 常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s（不計(jì)介質(zhì)溫度變化對(duì)速度的影響），根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。  如圖2-1所示：     

5、60;              式中:  L兩探頭中心之間距離的一半；  又知道超聲波傳播的距離為:  式中:  v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；         t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間；     將式2-1、2-2、2-3聯(lián)立 得：

6、0;  其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),上式變?yōu)?   所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測(cè)量的距離H.2、 總體設(shè)計(jì)方案與說(shuō)明2.1：設(shè)計(jì)要求 1、 以51系列單片機(jī)為核心，控制超聲波測(cè)距系統(tǒng)； 2、測(cè)量范圍為：2cm4m，測(cè)量精度：1cm； 3、通過(guò)鍵盤(pán)電路設(shè)置報(bào)警距離，測(cè)出的距離通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)； 4、當(dāng)所測(cè)距離小于報(bào)警距離時(shí)，聲光報(bào)警裝置報(bào)警加以提示； 5、設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電子電路和控制軟

7、件流程及源代碼，并制作實(shí)物。2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)   本超聲波測(cè)距系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件電路及軟件程序?qū)崿F(xiàn)兩部分構(gòu)成。其中由以超聲波測(cè)距模塊、警報(bào)電路模塊、距離顯示模塊、時(shí)鐘模塊、清零模塊構(gòu)成硬件系統(tǒng)。以STC89C52單片機(jī)為核心，通過(guò)按鈕trig控制超聲波測(cè)距模塊發(fā)射超聲波并接收回波，測(cè)算出前方障礙的距離，輸入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，與預(yù)設(shè)報(bào)警距離比較后判斷是否啟動(dòng)光報(bào)警裝置。   根據(jù)系統(tǒng)功能要求及模塊劃分可繪制出系統(tǒng)硬件框圖，如圖2-2所示： LM016L顯示模塊 時(shí)鐘模塊 8 警報(bào)電路模塊 0 C 清零模塊 5 超聲波測(cè)距模塊 1三、系統(tǒng)

8、硬件部分設(shè)計(jì)（1）時(shí)鐘模塊（2）超聲波測(cè)距模塊以一個(gè)按鈕代替按下trig超聲波開(kāi)始測(cè)距，按的時(shí)間越短則距離越短，按的時(shí)間越長(zhǎng)則距離越長(zhǎng)。最長(zhǎng)不可超過(guò)400cm，否則顯示為000，且警報(bào)燈亮。（3）警報(bào)電路模塊在測(cè)距超過(guò)400cm時(shí)，D1亮，表示超出有效測(cè)量范圍。（4）距離顯示模塊顯示超聲波測(cè)距的距離。（5）清零模塊總體電路設(shè)計(jì)圖四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P27; /LCD數(shù)據(jù)命令選擇端s

9、bit lcden=P25;/LCD使能端sbit wr=P26;/LCD讀寫(xiě)端sbit trig=P37; /觸發(fā)控制信號(hào)輸入sbit echo=P36; /回響信號(hào)輸出sbit out=P21; /距離超出報(bào)警uchar code table=" distance:"/數(shù)組定義void delay(uint z) /1ms延時(shí)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com)/LCD寫(xiě)命令子程序rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5

10、);lcden=0;void write_date(uchar date)/LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)子程序rs=1;wr=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void main()uchar k,m;long temp; /距離TMOD=0x01; /設(shè)置定時(shí)器0為模式1TH0=0x00; /定時(shí)器清零TL0=0x00;/定時(shí)器清零ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷2EA=1; /開(kāi)總中斷wr=0; lcden=0;out=0; /關(guān)閉報(bào)警write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x

11、01);write_com(0x80);for(k=0;k<13;k+)write_date(tablek);delay(5);write_com(0x80+0x40+9);/LCD位置定位write_date('m'); write_date('m');/距離單位mmwhile(1)TH0=0x00;TL0=0x00;trig=1; /觸發(fā)控制信號(hào)寫(xiě)入1for(m=0;m<20;m+)/延時(shí)等待20us_nop_();trig=0;/觸發(fā)控制信號(hào)寫(xiě)入0while(!echo);/回響信號(hào)輸出為0TR0=1; /開(kāi)啟定時(shí)器0while(echo);/

12、等待回響信號(hào)TR0=0; /關(guān)閉定時(shí)器temp=TH0*256+TL0;/讀出定時(shí)器0的時(shí)間temp*=170; /距離 = 速度 * 時(shí)間 將temp轉(zhuǎn)換成距離單位為 mmtemp/=1000;if(temp<=400) /距離小于40cm時(shí) 顯示當(dāng)前距離out=0;write_com(0x80+0x40+5);write_date(0x30+temp%1000/100);write_date(0x30+temp%100/10);write_date(0x30+temp%10);delay(1000);else /當(dāng)距離大于40cm時(shí)顯示000 并且開(kāi)啟報(bào)警out=1;write_co

13、m(0x80+0x40+5);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);delay(1000);void time() interrupt 1TH0=0xfc;TL0=0x18;temp1+;系統(tǒng)仿真過(guò)程與結(jié)果仿真圖正常測(cè)距（距離小于400cm） 超出距離（距離大于400cm） 實(shí)物圖： 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：（1） 距離小于400mm時(shí)，顯示當(dāng)前距離且蜂鳴器不發(fā)出聲音（2） 當(dāng)距離大于400mm時(shí)顯示000 并且開(kāi)啟報(bào)警3、當(dāng)測(cè)試距離為0時(shí)：顯示000，并且報(bào)警(不在測(cè)量范圍內(nèi)) 六、總結(jié)結(jié)論：本次超聲波測(cè)距的有效測(cè)量范圍為400c

14、m以?xún)?nèi)，顯示器顯示測(cè)量距離；當(dāng)測(cè)量距離超出400cm時(shí)，顯示為“000”，并且警報(bào)燈亮。心得與體會(huì)：做了幾個(gè)星期的基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目終于完成了！雖然不是很順利，很辛苦，但是看到我們自己做出的實(shí)驗(yàn)課題，自己就覺(jué)得值！都說(shuō)付出就會(huì)有收獲，經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的努力，我和我的小組成員帶著好奇和興奮順利的做完了所有的步驟與程序。說(shuō)真的，這幾個(gè)星期我學(xué)到了好多好多，同時(shí)眼界也寬了好多好多的。本次實(shí)驗(yàn)最大的難點(diǎn)就在于對(duì)程序的調(diào)試，雖然學(xué)過(guò)單片機(jī)的編程，不過(guò)還是出現(xiàn)了許多的錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)查找書(shū)籍和詢(xún)問(wèn)同學(xué)最終完成了程序的編寫(xiě)。然后帶入仿真圖進(jìn)行調(diào)試，完善程序上的一些不足。 這次的實(shí)物依舊是用開(kāi)發(fā)板制作的，所以在實(shí)物方面還是比較熟練的，畢竟對(duì)于開(kāi)發(fā)板還是比較熟悉的。這次課程設(shè)計(jì)，能加強(qiáng)我們對(duì)于單片機(jī)一些軟件的應(yīng)用，以及對(duì)我們編寫(xiě)程序也有許多的好處，不至于以后對(duì)于編程一竅不通。也能鍛煉我們的團(tuán)隊(duì)合作能力，畢竟對(duì)于我們而言，單獨(dú)一個(gè)人是很難完成這個(gè)任務(wù)的，更多的還是要靠大家一起努力。對(duì)于以后的工作有很大的幫助。      總之，“一份耕耘，一份收獲”。通過(guò)我們自己的親手操作，我們確實(shí)學(xué)到了許多