超声波测距仪原理图

【选题的意义及国内外研究现状】 随着科学技术的快速发展，超声波在测距工程中的应用将越来越广泛。相对于 其他测距方式，超声波测距具有成本低、精度高、使用方便、应用范围广等优点。 无论从精度还是可靠性方面，超声波测距均表现良好，且超声波测距易于做到实时 控制，因此，具有广泛的应用前景。 作为一种检测技术， 超声波测距采用的是非接触式测量， 由于它具有不受光线、 被测对象颜色、材质等因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精 度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决 了传统测量仪器存在的问题，比如，在较恶劣的环境(如含粉尘)中具有一定的适应 能力。超声波测距技术在自动化技术中应用较多，可以应用于汽车倒车雷达、建筑 施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于井深、液位、管道长度的测量等 场合。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且 还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。纵观超声波测距仪在现实生产生活中 的应用情况，不难发现超声波测距仪的研究具有非常高的实用且价值和商业价值。 历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发展 开始。国际上对超声波检测数字化技术的

题目：超声波测距仪的设计

超声波测距仪的设计

一、设计目的：

以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。

通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。

二、设计要求：

设计一个超声波测距仪。要求：

1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。

三、设计器材：

STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块

SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1）

电容（30PF2，10UF1）

排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，

导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。

四、设计原理及设计方案：

（一）超声波测距原理

超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，

淮 阴 工 学 院

毕业设计(论文)外文资料翻译

系 （院）： 专 业： 姓 名： 学 号： 外文出处：

(用外文写)

电子与电气工程学院 测控技术与仪器

United States Patent 5442592

1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

附 件：

指导教师评语： 所选内容与课题相关，对课题设计参考具有一定价值；翻译具有一定难度，工作量适中；译文基本正确，语句通顺，但也存在部分错误。 总体评价：良 签名： 3 月 15 日 2012 年注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文

超声波测距仪

文件类型和数目：美国专利5442592

摘要：提出了一种可以抵消温度的影响和湿度的变化的新型超声波测距仪，包括测量单元和参考资料。在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。该脉冲序列提供给各自的计数器，计数器的产出的比率，是用来确定被测量的距离。 出版日期：1995年8月15日 主审查员：罗保.伊恩j. 一、背景发明

本发明涉及到仪器的测量距离，最主要的是，这种仪器，其中两点

淮 阴 工 学 院

毕业设计(论文)外文资料翻译

系 （院）： 专 业： 姓 名： 学 号： 外文出处：

(用外文写)

电子与电气工程学院 测控技术与仪器

United States Patent 5442592

1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

附 件：

指导教师评语： 所选内容与课题相关，对课题设计参考具有一定价值；翻译具有一定难度，工作量适中；译文基本正确，语句通顺，但也存在部分错误。 总体评价：良 签名： 3 月 15 日 2012 年注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文

超声波测距仪

文件类型和数目：美国专利5442592

摘要：提出了一种可以抵消温度的影响和湿度的变化的新型超声波测距仪，包括测量单元和参考资料。在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。该脉冲序列提供给各自的计数器，计数器的产出的比率，是用来确定被测量的距离。 出版日期：1995年8月15日 主审查员：罗保.伊恩j. 一、背景发明

本发明涉及到仪器的测量距离，最主要的是，这种仪器，其中两点

【选题的意义及国内外研究现状】 随着科学技术的快速发展，超声波在测距工程中的应用将越来越广泛。相对于 其他测距方式，超声波测距具有成本低、精度高、使用方便、应用范围广等优点。 无论从精度还是可靠性方面，超声波测距均表现良好，且超声波测距易于做到实时 控制，因此，具有广泛的应用前景。 作为一种检测技术， 超声波测距采用的是非接触式测量， 由于它具有不受光线、 被测对象颜色、材质等因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精 度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决 了传统测量仪器存在的问题，比如，在较恶劣的环境(如含粉尘)中具有一定的适应 能力。超声波测距技术在自动化技术中应用较多，可以应用于汽车倒车雷达、建筑 施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于井深、液位、管道长度的测量等 场合。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且 还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。纵观超声波测距仪在现实生产生活中 的应用情况，不难发现超声波测距仪的研究具有非常高的实用且价值和商业价值。 历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发展 开始。国际上对超声波检测数字化技术的

超声波原理图

超声波发射电路图

超声波电路主要是由反相器74LS04和超声波发射换能器T1构成的，使用CPU内部的PWM定时计数器输出的40KHZ方波信号。一路经一级反相器（U1C与U1E并联组成一级）后送到超声波换能器的一个电极（T1的1脚）；另一路经两级反相器（U1D为第一级，U1B和U1A组成第二级）后送到超声波换能器的另一个电极（T1的2脚）。用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反相器并联，以提高驱动能力。上位电阻R1,R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果。

超声波接收电路图

超声波原理图

超声波接收电路原理图如图所示，CX20106A是一款红外检测波接收 的专业芯片，常用于电视机红外遥控接收器。其优点是简单易用，电路连接简单，且减小了生产调试的麻烦。当CX20106A接收到40KHZ的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接收到ARM的外部中断引脚作为中断信号输出。

第三章 超声波测距仪硬件电路的设计

3.1 超声波测距仪硬件电路

硬件电路可分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。

3.1.1 单片机系统及显示电路

本系统采用AT89S52来实现对超声波传感器的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 超声波测距的硬件示意图如图3所示：

单片机采用89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，已获得较稳定的时钟频率，减少测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号，利用外中断0口检测超声波接收电路输出的返回信号。

3.1.2 显示的输出

显示的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到CRT显示器等，都可以与微机连接。其中单片机应用系统最常用的显示是发光二极管数码显示器（简称LED显示器）。液晶显示器简LCD。LED显示器价廉，配置灵活，与单片接口方便，LCD可显示图形，但接口较复杂成本也较高。

该电路使用7段LED构成字型“8”，另外还有一个发光

本科毕业设计说明书（论文）

1 绪论

第 1 页 共 37 页

当前社会经济的不断发展和工业科学技术的不断提高，汽车已逐渐进入不少百姓家。汽车使用数量的不断增加，从而由此导致的倒车交通安全问题也非常严重，道路交通压力增加，交通安全问题也是面临严峻挑战。在面临如此严峻的交通安全问题，许多涉及安全问题的汽车辅助系统也纷纷现世。而本设计就是利用单片机知识、传感器知识等，进行的汽车防撞装置的设计，在汽车倒车时，这种装置可以在驾驶员对车尾与障碍物体的距离远近无法目测和判断时进行报警。

1.1 课题背景及意义

我国社会经济的不断发展，人们对汽车这种交通工具的依赖性也越来越大，导致了车辆的日益增加在给城市交通不断施加压力的同时，也引发了非常多行车的安全问题。一些由驾驶员反应不够迅速而导致的汽碰擦，还有很多时候是由于驾驶员对离障碍物的距离判断不准确而造成的，如果驾驶员能提前知道障碍物的存在并且知道障碍物的距离，那么驾驶员就能及时地采取措施，从而能避免事故的发生。因此，许多安全系统也应运而生，诸如为了避免交通事故发生的主动安全系统和在发生事故时的防护安全的被动安全系统，而主动安全系统对汽车交通事故的发生能起到避免的作用，所以，主动安全系统的

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滁州职业技术学院信息工程系

——2015届应用电子技术专业毕业论文

姓 名：班 级：设计课题：指导教师： 朱淼森 12级应用电子（1）班 超声波测距仪

姚聪 2014年 11 月 28 日

1

目 录

目 录 ..................................................................................................................................................................... ii 摘 要 ......................................................................................................

超声波测距原理:

超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t／s，超声波传播速度为v／m·s－1