基于单片机的超声波测距系统Word修改 - 图文

8051XTAL1C1晶振C2XTAL2至内部时钟电路

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滨江学院

毕业论文

题 目 基于单片机的超声波测距系统设计

学生姓名 学 号

院 系

专 业

指导教师

二Ｏ一 年 月 日

目 录

1 绪论......................................................................... 3

1.1课题背景 ............................................................... 3 1.2课题研究意义 ........................................................... 3 1.3课题设计任务与要求 ..................................................... 3 2 总体设计方案 ................................................................ 3

2.1系统功能 ............................................................... 4 2.2超声波测距原理 ......................................................... 4 3、系统硬件设计 ................................................................ 6

3.1单片机最小系统及显示电路 ............................................... 6 3.2 电源设计 ............................................................. 9 3.3 超声波探测模块 ....................................................... 10 3.4超声波发射电路 ........................................................ 11 3.5 超声波接收电路......................................................... 1 3.6温度测量电路 .......................................................... 12 3.7稳压电源设计 .......................................................... 13 3.8硬件电路设计优化 ...................................................... 13 3.9 复位电路的设计 ....................................................... 14 4 系统软件设计 ............................................................... 14

4.1主程序 ................................................................ 15 4.2超声波发射中断程序 .................................................... 16 5 软件设计 .................................................................... 16 6设计所需硬件资源 ............................................................ 17

6.1元器件清单 ............................................................ 17 6.2对CX20106A介绍 ....................................................... 17 7 总结 ....................................................................... 18

7.1 个人总结 ............................................................. 18 7.2 成果总结 ............................................................. 20 8设计成果 .................................................................... 20 参考文献 ...................................................................... 25 附录一 原理图 ................................................................ 26 附录二 程序设计 .............................................................. 27 致谢.......................................................................... 36

基于单片机的超声波测距系统设计

南京信息工程大学滨江学院自动控制系，江苏 南京

摘要:

近年来，随着科学技术的快速发展，超声波技术也开始进入一个全新的发展阶段。超声波测距技术是在电子技术与压电陶瓷硬件技术基础上发展起来的。超声波技术本身具有较多的优势，它的聚束性较强，投射性良好等多个方面。通过从多个方面来研究超声波自身的优势与劣势，进而加深对此项技术的理解与应用。例如：可应用超声波在媒介中的传播特点对物质不同的物理特性进行测量。这些物理特性主要有密度、弹力以及厚度等。

在本课题中，主要以最为普通的51单片机作为仪器，利用单片机中的超声定位模块对室内进行定位，可对障碍物进行定位。在本课题中，所书籍的数据为空间中超声波的传播速率。利用超声波的反射原理来测定物体的距离。同时，对此种单片机的功能与特点进行了深入的研究。同时，又对超声波技术的发展历程，应用前景，超声波的工作原理以及特点做了相应的介绍。在此基础上得到了本课题的整体路线图。此后，高度的概括了以51单片机为基础对障碍物进行定位的方法。51单片机发出一定的超声波，借助换能器将其发射出来，在遇到障碍物后又将其按原路返回，随后根据从发送至返回至原处的所需时间，来研究未知物与超声波模块的间的距离

[11]

。对应用超声波测距法的发射、接收、显示等各个模块进行了详

细的介绍，以此为基础得到了此种测距方法的硬件部分与软件部分的原理图。

可应用此模块解决在武术比赛过程中的机器人定位问题，尽管GPS系统已在各个领域得到了广泛应用的。然而，对于室内，它的应用并不广泛。同时，武术比赛对定位的要求相对较高，GPS系统难以达到相应的要求。应用此种方法可以提高整体响应速度，系统运行的成本也相对较低。为了增强此种系统的实用性，在本课题中进行了大量的模拟实验。结合实验测试可以发现，本课题中所使用的方法能够有效的解决机器人定位问题。 关键词：超声波，51单片机，定位，测距，角度补偿

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The ultrasonic ranging system based on single chip

microcomputer is designed

Abstract:In recent years, especially in recent ten years. Ultrasonic distance measurement got rapid progress, science and technology level also had the very big improvement. This is due to the development of electronic technology and the rapid progress of the piezoelectric hardware caused by the effect. Ultrasonic itself has many excellent characteristics. Such as bunching performance is good, can be directed and transmission performance is good and many other advantages. Ultrasonic continuous research and utilization of this technology is through the ultrasonic itself these good characteristics. For example, in the propagation characteristics of the medium (such as the

attenuation performance, acoustic impedance, reflection size) to complete against not sound volume (such as density, elastic, temperature, liquid level, thickness, hardness, flow velocity, etc.) of the measurement.

In this article in a common 51 single chip ultrasonic positioning module on the market for

indoor location method. It can be used for positioning of obstacles. In this paper, the data is based on the diffusion rate of ultrasound in the air. Through the analysis of the reflection characteristics of ultrasound to determine the distance of the unknown object. In 51 single chip microcomputer is described in detail under the premise of performance and characteristics, the article analyses the history of the ultrasonic technology, the practical value and development prospects. And introduced the principle and characteristics of the sensor. Thus the overall layout of the planning method and frame is given. Then briefly introduced the by 51 MCU design positioning method of obstacles. Started by ultrasonic 51 single-chip microcomputer and emitted by transducer, after meeting the unknown obstacle to bounce back again, again through the calculation of ultrasonic wave emitted from to receive again reflected back in the ultrasonic time, the based on this, can analyze the unknown object to the ultrasonic module and [11]. For ultrasonic distance method of transmitting and receiving, display, test on how to construct the overall made for each part of the very strict verification, on the basis of principle of this method is presented.the hardware figure and software diagram.

This module is mainly applied in the martial arts contest robot positioning problem, because although GPS is used widely, but martial arts is an indoor game robot contest, and relatively fast response speed, GPS cannot meet the demand, while the application of ultrasonic method can fast response, and precision meet the requirements, cost is lower, and therefore is widely used in the game. In order to determine the realizability of the system, I made a lot of simulation experiments. Test results show that the ultrasonic module for robot localization problem provides a reliable solution.

Keywords：Ultrasonic, 51 microcontroller, positioning, range, Angle compensation

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1 绪论

1.1课题背景

当前，距离测量在社会、生活中的各个领域得到了广泛的应用。同时，距离测量的方法相对较多。如：光学测量法；放射性技术测位法等。超声波测距作为一项非接触式的距离测定方法，它将电子技术、光电开关、声波特点等融合在一起。超声波测距技术得到了快速发展。超声波本身所具有的指向性较强，在实际工作中需要消耗很少的能源，同时它在介质中的传播距离较远。不论是从可靠性还是从精度等方面来看，超声波测距都已具有较大的优势。在应用超声波进行测距时，此种操作方法便捷、系统运行速度较快、可靠性强。所以，超声波测距技术的应用领域广泛。它不但包括造纸业、电厂、污水处理厂，而且还包括矿业、化工业、农业用水、环保检测、汛期防洪、公路建设等。此外，超声波技术在精度测定方面能够满足工业发展的具体要求。此外，超声波测距技术本身所具有的优势，使它已开始广泛的应用在汽车倒车雷达技术中

【1】

。

在本课题设计的过程中，主要应用了超声波测距技术。此种技术的优势较多，如安全系数高、精度高、易于操作等。同时，超声波测距技术可以应用于多变的环境，使此种方法不再受环境的限制。此外，可将此种方法应用于气液固三种环境中，适应性较强声波测距技术的应用较为广泛，并在日常生活中将会发挥中积极的作用。

1.2课题研究意义

随着生活水平逐步提升，城市化建设进程正在进一步加快，交通问题已成为大众密切关注的焦点话题。所以，停车不当也使交通事故的发生率不断增大。为了有效的降低此类事故的发生率，准确的测量汽车与障碍物间距离具有重要的意义。它能够在最短的时间内测量得到障碍物与车辆间的距离，进而为司机提供更多的反应时间；军事应用方面：超声波声纳已广泛应用于侦查探测等方面，怎样测量精度已成为当前研究的重要方向，相信在不久的将来，超声波测距一定会在侦查反侦察领域发挥着积极的作用；在工业生产领域，应用超声波测距仪可对管道距离进行准确的测量，应用一些精密度较高的一起对可提高测量过程中的精度。

1.3课题设计任务与要求 设计一超声波测距仪。 了解超声波测距原理。 设计一超声波测距仪。

设计出超声波测距仪的硬件结构电路。

【2】

。所以，超

2 总体设计方案

在本课题所研究的系统中，主要从硬件与软件两部分入手。其中，模块主要由四部分构成，它们分别为采集数据、按键控制、信号预警、四位数码管显示。对应电路结构，主要由蜂鸣器、超声波传感器以及单片机控制电路构成。而在本系统中，发挥核心作用的模块就是单片机、单片机属于设计过程中的核心组成部分。因此，单片机应用系统在本系统中也发挥着重要的作用。对于单片机应用系统，它主要包括软件与硬件两部分。硬件主要由单片机、

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外围应用电路、输入/输出设备三部分构成。系统在运行过程中所需要的全部程序称作软件部分。在设计单片机应用系统时，主要包括总体、硬件、软件设计等多个阶段。作为系统的核心控制单元，STC89C52单片机在测量过程中发挥着重要的作用。如果测量距离小于所预设的距离，将主控芯片所测定的距离与预期设定值进行对比，此后蜂鸣器进行报警。 本设计如果完成后放在汽车上，能够大大加强汽车的安全性能。在汽车行车跟车过程中，保持安全距离是安全行驶的保障，本设计可以实现实时监控跟车距离，以保证安全行驶。此外，在倒车时，此报警器也能够充分发挥优势，既可以显示当前安全倒车距离，又能在距离过近时给予报警提醒。整体设计方框图，如图1所示。

图1 系统整体方框图

2.1系统功能

超声波测距仪可应用于反向，在一些工程施工现场监测等方面的应用较为广泛。它能够测量1-200cm范围的距离，测量的对象相对较多，如管道长度、整体厚度等。有效不能进行测量的物体，可通过此种方法进行测量。

2.2超声波测距原理

回声探测法是在进行超声探测过程中最为典型的方法。应用超声波发射器可将向某个方向将超声波发射，超声波能够在空气中进行传播。如果中途遇到障碍物，此时就可能会折返，以接收到反射波为准来记录终止时间。超声波在空气中以340m/s的速度进行传输。此时可将记录的时间作为t，这样就可以得到障碍物与发射点间的距离，可用s=340t/2表示。

4

超声波作为声波的一种类型。温度也会影响超声波的速度。在应该有超声波进行测速的过程中，应考虑到温度因素，并认为温度在超声波传输过程中并未发生较大的变化。如果实验的精确度要求较高，此时就可以借助温度补偿的方法来对测量结果进行调整（如下表1）。在确定声速后，可根据声波在介质中的传播时间，就可以得到相应的距离

表1 温度与声速变化

【8】

。

通过上表可以看出，如果声速已知，那么只要确定超声波在介质内的往返时间，结合下面公式，就可以求得两者间的距离。下图2为超声波测距的原理图。

图2 超声波的测距原理

H?Scos?

(1)

??arctg(L)H

(2)

上式中: L---两探头间距离的一半。 超声波的传输距离为：

2S?vt

(3)

5

式中：v—超声波在某种介质内的传播速度；t—超声波信号从发出到接收所消耗的时间。应用以下公式可得到：

H?1Lvtcos[arctg]2H

(4)

此外，在所设定的温度下，超声波的传播速度v可作为一个常数。此时进行测量的距离H数值要大。（4）可变为：

(5)

H?1vt2

因此，只需确定超声波的传播时间，就可以求得测量距离H。

3、系统硬件设计

3.1单片机最小系统及显示电路

在本课题中，单片机型号为AT89S52。系统中晶体精密度较高，时钟频率并未发生较大的变化，测量过程中的精确度较高。与P1.0口40千赫的方波信号的MCU被发送到超声波换能器，在获取返回信号时，可应用超声波接收电路输出的外部中断0接口。在显示电路中，主要应用简易性的四人合力阳LED数码管，代码74LS245进行驱动，具有74LS07驱动器代码。单片机系统及显示电路如图3所示。

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图3单片机及显示系统电路图

在本课题中，显示模块为数码管显示。与传统的方式不同，本次主要采用了四位集成数码管。

图4 数码管引脚图

依据共极端可将数码管分为两类，主要由共阳极与共阴极两部分。对于共阳极，它主要是全部的LED阳极与一个接点相联系。但是，a、b、c、d、e、f、g属于每个LED的阴极。共阳极与共阴极是相似的，只是LED全部的阴极连接到某个接点上。但是每个点属于LED的阳极。结合下图4可以看出，八条线内所具有的发光二极管与图12中的各段进行对应，这样就可将数码管中显示的数字可借助二极管的控制加以实现

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【11】

。

发光二极管显示器有两类，即静态与动态。动态显示是在发光时，主要以脉冲电流持续供电，借助单片机来对二极管端口进行控制，二极管以交替点亮的方式进行。静态显示在点亮过程中维持以恒定的电流，但是每个引脚都具有锁存功能。在编写程序时，主要控制的目标是对二极管进行控制，对应的接口电路不会发生改变。假设所显示的数据不同，此时就需要再次编写程序。

当二级管处在工作状态时，处于运行模式的只有一个数码管，其耗能相对较低。因此，本课题应用动态扫描的模式。

图5数码管内部结构图

在本次课题中，主要应用的一种四位数码管。此种数码管在应用过程得到了广泛的应用。其中，主要由a~dp 8根数据线组成。与单独使用四个数码管相比，此种方法更加经济。数码管外部引脚总数为十二个，除了8根引脚线外，还包括四个公共端，其内部含有四个数码管，共同组成了外部的十二个引脚。下图6为共阴极的四位数码管内部构造。其中，上部公共端为四个，引脚线位于下面，共八根。在排列引脚时，将左下角的引脚作为第一个，按逆时针方向进行排列，顺序如下。

图6 四位数码管内部结构图

四位数码管实物图如图7所示

8

图7 数码管实物图

在本模块中，可借助函数运算来计算相应的距离，并在数码管内将函数显示出来。下图8为数码管的实际电路图。在数码管内，1号引脚在与单片机8号引脚进行连接时，主要通过1K电阻实现，而2号引脚与单片机7号引脚通过1k电阻加以完成。3号引脚与单片机6号引以1K电阻进行连接。在4号引脚与5号引脚进行连接时，主要借助1K电阻进行。5号引脚在与单片机4号引脚进行连接时，主要通过1k电阻进行连接。6号引脚可与三极管Q1建立连接。9号引脚连接的位置为三极管的Q4中的c极。在数码管内，10号脚可借助1K电阻并与单片机内2号脚建立联系。

图8数码管显示电路

3.2 电源设计

在本系统中，对于供电方式。主要有两种供电方式。应用USB数据线供电模式节干电池直流供电模式。

考虑到在应用过程中的便捷性，本课题使用干电池供电方案。

自锁开关：

在图9，P2表示电池盒接口，SW1表示电源开关，可对电源的状态进行控制。 自锁开关引脚识别方法： 3 6 2 5 1 o 4

注意：按照往上的排布顺序，在开关的最底部会有一个小洞。其位置处于引脚1与引脚4间。常开触点为1、2与4、5,常闭触点为2、3与5、6。使用开关按下1、2与4、5,使它们保持连通，而另外两组保持断开状态。当开关离开后，其开关状态与按下时相反。在本模块中，采用的是1、2与4、5引脚。具体操作图如下图9。

9

【5】

、由三

G

图9自锁开关引脚图

3.3 超声波探测模块

HC-SR04超声波模块作为一类集成化模块。在运行的过程中，可计算从超声波发射到反射整个过程所需的时间，即从发射到接收所需要的时间，根据时间就可以得到相应的距离。在本模块中，主要应用的是非接触式测距方法，其精度可达到3mm,可使用公式（高电平时间*340）/ 2，进行计算距离。与普通的声波相比，超声波频率较高，传输距离较远，方向性强。可广泛的应用于不同领域的测距，如测距仪和物位测量仪等图。

【6】

。如图10 为具体的实物

图10 超声波模块实物图

可通过执行两个函数来完成测距功能。

在系统运行的过程中，PO产生TTL的持续时间为十微秒。单片机内部可产生八个频率为40KHz的脉冲信号，在放大后时间可达到二百秒。在P32口内，从接收至返回超声信号的过程，也可能会输出某个返回信号。对于单片机P01端口，它所产生脉冲信号的强度为40

KHz,可通过三极管来将信号进行放大。应用接收探头可实现回波与电压信号间的转换。

【7】

此后，在通过两次信号放大后，高电平开始向低电平转换。可将低电平作为中断请求信号，并对数据进行相应的处理

。

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在本次课题设计过程中，引脚的功能是各不相同的。TRIG引脚与12号引脚保持联系，13号引脚与ECHO引脚建立联系，GND进行接地，+5V直流电电源与VCC引脚建立联系。如下图11.

图11 超声波探测模块HC-SR04引脚图

3.4超声波发射电路

主要涉及到硬件单元的功能位。

对于此种单片机内的方波信息的一条，在经由一级方向器后，将其传送到换能器的电极中。对于另一路，它主要借助两级反向其，随后再次传输到换能器的另一个电极处。应用此种方式，可将信号转移至发射器两侧，进而使超声波发射强度得到全面提升。对于输出端电路，可使用两个反向其来完成并联，这样就可以换能器具有更好的驱动力。对于电阻R10.R11,它的作用主要是增强反向器输出高电平的应用水平。此外，也可以增强阻尼水平，减少振荡过程的时间。在课题中主要使用超声发射器，主要原因是在proteus缺少相应的超声波元件。可使用按键，以此来得到超声波。

图12 超声波发射电路

3.5 超声波接收电路

采取CX20106A集成电路对接收电路收到的信息进行过滤、调试等动作。其总放大增益是80db。倘若变大电阻R1或者降低C1的数值，那么有可能造成负反馈输出量增加，放大倍

11

数会变小。反之，则放大倍数变大

【１０】

。不过，C1的变化直接对其他频率也会产生一定的

影响。建议选取的参数是R1?4.7?，C1?1?F。本文采取按钮来表示超声波接收器。

图13 超声波接收电路

3.6温度测量电路

本设计所用的温度测量模块是DS18B20模块，它是数字温度传感器，不需要外接模数转换器，因而使用起来非常方便,如图14所示。它一共有三个引脚，分别为GND，VCC和数据传输口，无论是向DS18B20读数据还是写数据，都是通过一个端口来实现的[17]，通过控制数据口的电平的高低时间来对DS18B20进行操作。一般来说，在连接电路的时候，通常需要笔者们接一个4.7K左右的上拉电阻用来使得总线空闲的时候，它的状态为高电平，如图15所示。将读出的数据传送给单片机，由单片机处理后，给LCD1602进行显示，在温度传感器的读取过程中，注意要把中断关掉，不然会影响到温度的读取时序，从而读出来乱码。实验初期的时候就因为没有注意到这个问题，温度解读出来一直是错的。所以要注意关中断。

图14DS18B20传感器

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图15 DS18B20连接图

3.7稳压电源设计

由于设计的元器件普遍采取+5V、+12V的电源实施驱动，因此本人设计了一个稳压电源，主要采取三端集成稳压器CW7812、CW7805来设计。利用变压器的直流电通过由二极管构建的桥式整流电路输至三端稳压元件，那么也就是说，CW7812、CW7805对应的电路输入的稳定的12V、5V直流电源。由此可见，极性电容具有滤波电容的功能，而非极性电容则能健全负载的瞬态影响，保证电路的正常运转（详见图16）：

图16稳压电源

3.8硬件电路设计优化

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图17 晶振实物图

并且，图18反映的是时钟电路图，图中可见电路运用了c1、c2这两种电容，c1的功能是稳定频率，c2的功能是快速起振

图18时钟电路图

【9】

。一般来说，晶振的频率包含2个类型，即

6MHz、12MHz，本文所探讨的是12MHz环境下的晶振。

3.9 复位电路的设计

在开展单片机应用系统工作的过程中，大多数情况会启动到系统正常的初始化状态。不过，所有系统并不是存在绝对优势，也不可能完全正确，单片机也是如此。在特殊情况下，单片机会因为程序运作或操作不正确，产生系统不能顺利进行。当出现此类现象的时候，可立即启动复位键按钮来重启所有系统。因此，对于所有工作系统来说，复位电路十分关键

【10】

。

采取复位电路的设计主要利用外部电路实现单片机的复位作用，当时钟电路工作启动

时，单片机的RST引脚会长时间保持一整天的振荡脉冲以上的高电平，这样单片机可变成初始化状态的复位，全部系统也能重启。当进行复位电路的设计时，大多数情况下会让RST引

脚处于高电平的状况，不仅可快速地实现复位重新启动，而且还能确保系统的稳定安全。图19反映的是此次设计的复位电路概况。

图19 复位电路图

本人的设计主要是通过手动复位电路。如果系统产生异常情况，那么直接按下复位按钮，，系统就可立即重启。

4 系统软件设计

从内容上来看，超声波测仪距的软件设计包含温度测量程序、子程序与主程序，而超声波接收中断程序主要是子程序。

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4.1主程序

结合前文所述，本人按照相关流程图制定了符合系统软件的设计，以便可明确系统的主要规划内容。并且，清晰具体的流程图能让本人详细的知道每一个步骤，这样就能全面地了解系统的概况，也能促使自身尽快寻找程序设计上存在的不当之处。下图是数据处理与中断中的流程图。

图20主程序流程图

图21 超声波接收中断程序流程图

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图22 T0中断程序流程图

4.2超声波发射中断程序

超声波发射子程序的功能在于利用P1.0端口发送两个超声波脉冲信号，频率在

40KHz，脉冲宽度是12us，延迟1ms。同时，启动计时器T0实施计时。实际上，超声波发生子程序并不复杂，只是需要保证正确合理的程序运行时间，因此通过汇编语言程序。发射中断流程图如图22所示。

5 软件设计

本文软件主要采取C语言的方式来进行设计，通过Keil编译软件来实现编译程序。也就是说把源文件用在超声波定位程序中，并采取C语言来开展编译，如果编译合理则予以通过，那么就证明编写正确，出现以下文件：用于超声波定位的设程序.hex、用于超声波定位的程序.lnp、用于超声波定位的程序.M51、用于超声波定位的程序.uv4。通过这些文件能最大程度地实现仿真，可有效地查询原理图是否存在错误，设计是否不当，参数设置是否出现偏差等，这就能为以后的实物设计提供理论依据。凭借软件模拟功能，还呢个降低制作硬件材料的成本，避免不必要的浪费。此外，利用这个文件还能清晰地观察到未来实物制作而成的实际预测效果，这样就能让设计者提前有一个初步的判断。同时，这个软件模型还能根据实际情况进行改变，简洁易操作，比传统的直接手动硬件快捷，很多软件概况见图23。

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图23 keil软件

Keil编译软件使用起来十分方便，生成的hex文件也能替代仿真代码进行烧录。并且，

这款软件的作用较多，完全可以胜任超声波定位设计的目的。为了论文的研究，本文采取的是uvision2版本软件，运转起来比较稳定。具体来说，软件界面详见图24所示。

图24 keil的操作界面

6设计所需硬件资源

6.1元器件清单

从内容组成来看，本文系统设计需要多种硬件资源，元器件清单主要包含电阻（1KΩ2个、10?1 个、6.8?1 个、200K?1 个、22K?1 个)6 个、电容（3.3uF2 个、1uF1 个、

330OPF1 个）5 个、超声波模块4个、CX20106A 芯片1 个、显示器一个、压电陶瓷超声

换能器4 个、74LS04 芯片1 个。

6.2对CX20106A介绍

CX20106A是专门处理超声波接收器的连接点起。如果它接收了超声波信号，那么会把

第七脚传出一个低电平的下降沿脉冲，这个脉冲信号就能连到外部中断终端信号的正常使用。具体来说，CX20106A的引脚注视如下：

1号脚：这是超声波的输入端口，输入阻抗是40K?。也就是说，超声波是通过1号脚来传输，再利用其来传入数据地递交到单片机处理，从而就能计算出具体的距离。

2号脚:该端口和地连接了RC网络，这样就能构建一个网络系统，涵盖的范围是负反馈网络的重要内容。并且，修改2号脚的数值就能走啊会次呢个前置放大器的增益与频率特点，不过一般鲜少会开始变动，选用的原件是4.7?，C1?1?F。

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3号脚：主要是脚和地之间连接电容。电容量大的是平均值剑波，一瞬间的灵敏数值十分小；如果电容量较小，那3号脚是峰值检波，瞬时灵敏值十分高，这就反映出检波输出的变化变大，可能产生误差与测量失真的现象。建议使用的参数是3.3?F。

4号脚：连接地端。

5号脚：该脚和电源之间连了一个电阻。主要是设置滤波器的频率f0。5号脚的电阻越大，那么中心频率值会变得越来越小，二者属于负相关关系。举例来说，如果R?200?，那么f0?42kHz。如果R?200k?，那么频率f0?38kHz。

6号脚:该号脚与地连上了积分电容。一般来说，6号脚的平均值是330pF。不过，如果这个电容选择的数据太大，那么超声波探测距离将变短。

7号脚：遥控命令输出端。7号脚是集电极开路的一种输出方法，因此号脚上需要连上一个电阻当作上拉电阻连接到?5v的电源端口。按照一般规律，这个阻值为22k?。倘若并未接受信息，那么这个端输出端口是高电平。倘若有信号进来就会产生降低，变为低电平。

8号脚：该号脚是电源的正极，主要作用是供电，促使其正常运转。4.5～5V。

7 总结

7.1 个人总结

经过近200天的学习与努力，我终于初步完成了自己的毕业设计。实际上，在开展毕设以前，我国本来是想归纳总结最近这三年来的所学所思所想，不过在实行一段时间后，我发现这种思想比较落后，缺乏勇气、创新与担当。因为毕业设计的研究与学习，不只是对所学理论课程的归纳总结，而且还需要个人融会贯通，提高实践操作能力。因此，对于实操能力较差、实践经验较少的我来说，毕业设计不仅仅是学习上的挑战，也是个人的一种锤炼。

开展毕业设计的时候，我会发现自身的理论知识储备十分贫乏，有许多理论成果还不能彻底理解，这说明个人学习与掌握的知识还只是刚刚开始。事实上，以前我会把课堂所学的知识记录笔记，然后以为学会了解即可，但没想到将知识运用到实践中才是最为重要的事情。同时，我对专业知识的了解程度有限，学习速度与学习质量较差，只有不断的努力，才

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能逐渐积累丰富的理论知识，才能真正地实现“千里之行始于足下”的真理。所以，为了更好地拓宽知识视野，我们必须放低姿态，虚心地向他人学习，不断地增强自身的素质与知识储备，才能更好地以科学合理的心态形成积极向上的学习观与价值观，从而更能勇敢自信地直面未来会出现的各种挑战与挫折。

本文选择的设计主要是关于测距报警系统，构建了对应的系统。在导师的谆谆教导下，本人在图书馆与互联网上查询了许多的资料与文献，并就论文主题和同学积极交流，这都显著增加了我的学习能力、沟通能力、团队协作能力，完善了自我的知识结构与道德素养，还弥补了以前在学习工作上存在的薄弱环节，这无疑有利于在竞争激烈的就业市场获得丰富的毕业设计经验。同时，在制作毕业设计的时候，本人还不断地提高专业知识储备能力，将理论和实际结合起来，这样不仅增强了利用互联网、图书馆查阅整理文献资料的能力，还促使本人认识到自身的不足与劣势，激励自己在未来的时间内不断改造与提升。所以，本人的毕业设计才能不断完善与健全，学到许多课堂上没有学习的知识与技巧。尽管毕业设计的制作存在许多困难，不过我坚信任何事情都会存在困难，必须客观地看待出现的各种困难，只有坚持不懈的学习，才能显著增强个人的综合能力。

当分析论文课题的时候，选择单片机十分关键，这是由于开展单片机控制占有重要的地位，如何全面地阐述单片机的分析整理工作尤为重要。所以，本人在导师与各位同学的帮助下，终于初步构建了集中类型的单片机进行研究。

在开展系统设计以后，论文的基本工作逐步顺利开展，这都和之前全面的资料与文献和准备有关，也和导师与同学的热心帮助密不可分。关于系统的功能与控制装置上，本人能够清晰地勾勒出系统的总体方案，尤其是在单片机自动控制流程劝清晰的思路，这都有利于本人的中期具体研究与分析。

从内容上来看，本文的系统设计包含复位电路模块、HC-SR04超声波模块、LED数码管显示模块、输入模块等等，将这些模块有机整合后才能优化系统管理。具体到实际的设计过程中，必须重视硬件部分的研究与规划。当焊接电路的时候，本人遭遇了重大的考验，这是因为本人此前并无人恶化焊接技术，对焊接的了解也并不充分，相关理论功底十分薄弱，这样就导致在焊接的时候经常出错。虽然可弄清电路图的大概情况，不过在实际的设计上还有许多不明白的地方，幸好有同学的热心指教，才能最终顺利完成焊接部分。

最后，将已完成的软件与硬件结合的过程中，遇到一些麻烦。第一次运行，只有电源指示灯有变化，其他部分都仍无动静。当时，本人十分紧张，担心焊接过程做的不够顺利，后来经过仔细具体的排查后才发现，原来是两个引脚在焊接的时候连在一起。通过重新焊接，系统最终开始正常运行。通过这次失误让我意识到系统设计必须谨慎细致，一旦发生细小问题，必须立即重视，细心地排查核实剩下的设计内容。所以，通过这次毕业设计，我受益匪浅。

综上所述，本文的设计主要是围绕超声波测距报警系统进行，全部设计都是采取不接触的方式就能测出前方物体距离的超声波传感器，采取这种方式不仅安装与操作简单，而且正确率高。同时，该传感器还能把信号转出对应的电信号，这样就能有效地开展测距，在距离过近的环境下就能启动蜂鸣器报警装置。伴随现代科技的迅速发展，人们的生活水平显著提高，在追求物质享受的同时，越来越多的人们逐渐重视到安全的重要性，对生活质量也有了更高的追求。所以，科学技术如果能继续蓬勃发展，那么在未来的期间里，类似测距报警器的智能仪器将会走进千家万户，实现其最大经济价值与安全性能。

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7.2 成果总结

本次设计的结果是利用了超声波测距理论，其实验基础是超声波测距仪产生超声波，而超声波的发送与接收，能够用数字形式显示测量距离。最终的实验测量出了物体间的距离，验证了超声波测距的理论。

事实上，超声波测距是按照超声波的发射与接收原理，利用计算机超声波传播的时间距离从而核算处传播的具体的距离。所以，本文设计的超声波测距采取了反射波的方式，发射波被物体反射之后再接收回来的反射。从组成结构上来看，超声波测距仪的硬件电路设计包含超声波接收电路、超声波发射器、单片机系统等。其中，系列单片机AT89C51具备单片机的基本功能，还能实现兼容。使用12 MHZ水晶振动与高分辨率,为了获得一个稳定的时钟频率,减少测量误差。单片机控制HC - SR04超声波发射和接收模块信号传输和接收，可利用LC1602LCD通过数码管显示出来。

鉴于电路使用需要许多集成电路，所以如果不是外围组件，调试也比较简单。倘若焊接没有失误，那么当电路调试正常即能顺利云状。除了集成电路以外，许多电子元器件也没有特定的规定。由于考虑的不是很周到，对系统的设计还存在一些不足，下一步还有以下工作要继续进行。第一个方面是超声波发射波形的改进。设计的发射极电压波形为方波,这种波因为太高的谐波高不利于测距的精确度的提高。主要是会使增加的透射波和回波谐波失真，下一步的优化方面就是正弦波方波的设计。第二个方面就是样机实物的设计，笔者已经自己做出一台这样的样机，虽然基本功能实现了，但在笔者自己看来，还不是很实用，主要体现在便携性，不容易安装以及移动。第三个方面就是很容易受到各种条件干扰，比如温度湿度等环境气候的影响。主要体现在硬件干扰上面。主要的硬件抗干扰措施分为内外两部分，对内来说是元器件的合理布局，元器件相互接近会形成相互干扰，造成通信连接的不稳定。再一个方面是大地的干扰隔离技术等，在测距过程中，对测量最大的干扰就是大地的地形，造成各种误差，是数据失真。综上所述，笔者将会采用多种措施解决测量被干扰的问题，使测量的结果更加符合实际情况。

8设计成果

1.利用三节1.5V干电池，系统就能获得直流电。如果首次开启电源，直接按下开关按键，电源指示灯表示亮的状态，系统就可正常工作，探测器也就能进行测距。如果单片机接收终端程序的时候，可开展数据处理，那么就能把计算的结果显示在数码管撒谎功能，详见图25，前方物体距离是2.74米。

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图25系统启动界面

2. 如果距离前方物体0.26米的时候，也就意味着小于之前设定的0.5米，那么系统将进行中断函数，报警器也会开始运作，发挥鸣叫声。由图25可知，单片机在程序运行以后，可通过超声波测距模块，计算面前数障碍物的具体距离，那么数码管也就显示了0.26米。如果报警器持续不断地鸣叫，直到和障碍物的距离至少在0.5米以上，此时超声波测距模块检测到当前距离超出报警值，蜂鸣器才会不鸣叫。

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图26 报警器开始报警图

3. 按下设置键，系统会暂时停止运转，这就进入到设置模式，数码管显示详见图27.倘若重新按下设置按钮，那么系统就可恢复正常，这个时间的系统会根据刚才设置的报警范围进行运转。本次设计的超声波测距模块的测量范围不能太大，范围越大，则测量误差就越大，所以在编程时将测量范围设定为0-3.8米。倘若前方物体距离测距报警器至少在3.8米以上，那么系统将按照以往程序的传统设置，自动把888显示到数码管，这就具体地测量了当前距离的测距数值。

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图27设置模式界面

4.处于设置模式的时候，按下左边按钮，就能降低报警距离。详见图28可知，按1次，那么报警距离就减少了1厘米。

图28 缩短报警距离

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5.处于设置模式的时候，按下右边按钮，就能增加报警距离。由图29可知，每按一次，报警距离会扩大一厘米。当设置好报警距离，就可第二次按下复位键顺利开展工作。

图29 增加报警距离

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附录一 原理图

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附录二 程序设计

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