超声波测距仪的设计与实现

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，

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

【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

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

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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 ......................................................................................................

南京师范大学

毕业设计（论文）开题报告

姓名：沈行健学号： 21110719 学院：电气及自动化工程学院 专业：电气信息类 专业方向：电气自动化

题目：基于单片机的超声波测距仪 指导教师：夏春梅

2015 年 3 月 2 日

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及院、系审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年2月26日”或“2009-02-26”。

毕业设计（论文）开题报告 1．本课题的目的及研究意义

超声波技术己经从最初的理论研究发展到大范围地应用在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量、岩体检测等方面。超声波在测距方面具有以下突出的优点：一是环境介质可为空

摘 要

机器人通过其感知系统觉察前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应用方便，将它与红外传感器等结合共同实现机器人寻线和绕障功能。

本文介绍了基于STC89C51的超声波测距系统，阐述了超声波测距系统的硬件设计、软件设计及其工作原理。该设计主要由单片机控制模块、数码管显示模块、DS18B20温度补偿模块以及声光报警模块等构成。利用超声波的反射原理，计算超声波在空气中的传播时间的一半再乘以经过温度补偿修正后的速度就可以得出障碍物到传感器之间的距离，并在数码管显示出来。同时，该系统在测量距离小于10cm时能进行声光报警。该系统具有硬件电路简单、成本低、工作可靠、功耗低、体积小、误差小、有良好的测量精度等优点。

目前，超声波清洗技术、雷达技术等在医学、军事上占据着重要地位，因此研究超声波技术具有一定的研究意义。本设计作品基本满足设计的要求，有一定的推广性，同时针对不足，如测量距离过小等，文章在最后提出了一些改进性能的可行性方案。 关键字：单片机；传感器；超声波测距；温度补偿

1 页 桂林电子科技

南京师范大学

毕业设计（论文）开题报告

姓名：沈行健学号： 21110719 学院：电气及自动化工程学院 专业：电气信息类 专业方向：电气自动化

题目：基于单片机的超声波测距仪 指导教师：夏春梅

2015 年 3 月 2 日

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及院、系审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年2月26日”或“2009-02-26”。

毕业设计（论文）开题报告 1．本课题的目的及研究意义

超声波技术己经从最初的理论研究发展到大范围地应用在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量、岩体检测等方面。超声波在测距方面具有以下突出的优点：一是环境介质可为空