1、 论文题目 基于单片机超声波测距器设计 学生姓名 学 号 专 业 班 级 指导教师 2011 年 5 月摘要I摘 要本文介绍了一种基于 STC89C52 单片机的超声波液位测量系统,阐述了超声波液位测量系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。超声波发生器在某一时刻发出一个超声波信号,当超声波遇到被测液体后反射回来,就被超声波接收器所接收。这样只要计算出从发射信号到接收返回信号所用的时间,就可算出超声波发生器与反射物体之间的距离。硬件部分采用 STC89C52 单片机作为主控单片机 ,电路部分主要有发射电路、接收电路、显示电路几部分组成。超声波发射电路和接收电路主要超声波模块 HC-SR04
2、 组成,显示电路用动态扫描法实现 LED 数字显示。设计出的超声波测量系统精度可达厘米数量级，电路具有结构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。关 键 词：超声波测距；STC89C52 单片机；数字显示IIABSTRACTThe paper describes an ultrasonic measuring system based on the STC89C52 , it described an ultrasonic measuring liquid-level system hardware circuit structure, working principle and softwa
3、re design methods. Ultrasonic generator at a time sent an ultrasonic signal, when the ultrasonic wave reflected back upon the detected objects encountered, they were received ultrasonic receiver. So as long as calculated from the emission signal to the receiver to return the signal used in the time,
4、 you can calculate the ultrasonic generator and the distance between the reflective object. Hardware using STC89C52 microcontroller as a master MCU, the circuit part of the main transmitter, receiver circuit, display circuit of several parts. Ultrasonic transmitter device mainly integrated circuits,
5、 display circuits using the LED digital display at the real time. The system hardware structure is simple, reliable, good accuracy and sensitivity.The systems accuracy could reach centimeter orders of magnitude.Circuits were simply structure,easy to use,high accuracy and wide application.KEY WORDS:
6、Ultrasonic; measuring;STC89C52 MCU;Digital display目录III目 录1 绪论 .11.1 课题设计的目的和意义 .11.2 课题设计的研究范围和成果 .11.3 课题设计的任务和要求 .22 总体设计方案 .33 硬件电路各部分设计 .53.1 单片机系统及显示电路 .53.1.1 主控芯片 STC89C52.53.1.2 数码管显示原理 .83.2 超声波发射电路 .93.3 超声波检测接收电路 .103.4 超声波的硬件电路设计 .124 系统软件设计 .134.1 超声波测距器的算法设计 .134.2 主程序设计 .134.3 超声波发生子
7、程序和接收中断程序 .145 调试及性能分析 .175.1 调试 .175.2 性能分析 .176 结论与展望 .197 致谢 .218 参考文献 .23附录 .25附录 1 超声测距器单片机程序 .25附录 2 超声波硬件原理图 .31附录 3 硬件实物图 .33IV绪论11 绪论随着科技的迅猛发展,越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多便利。目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种常用的技术。由于超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、在介质中传播的距离较远等优点，因而经常用于距离的测量，如测距仪
8、和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。本文设计的这种测距装置,利用了超声波传感器和单片机。采用超声波传感器用于发射和接收电路,利用声波在空气中的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物到超声波测距器之间的距离。超声波测距技术，是一种有源非接触性测距技术，利用超声波在空气中的定向传播特性和固体反射特性，通过接收自身反射的超声波反射信号。根据超声波发出及回波接收时间差及传播速度，计算出传播距离。由于超声波传感器具有成本低廉、采集速度快、距离分辨率高、质量轻、体积小和易于装卸的优点，并且超声波传感器在采集环境信息时不存在复杂的图象匹配技术，不需要通过大量的计算就可获得数据，因而其测距速
9、度快，实用性好。同时超声波传感器不易受到天气条件、环境光照及障碍物阴影、表面粗糙等因素影响。因此超声波测距技术不仅可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合，在移动机器人的应用中具有很大的优势。国内的超声波测量主要集中在对 0l0m固体和液体的测量，一般测量精度高，回波稳定由于高精度的超声波测距仪所采用的专用集成电路成本较高，本设计尝试用价格更低廉的 STC89S52 为核心设计一款低成本、高精度、具有动态显示的超声波测距系统，同时给出了硬件电路和软件设计方法。实际使用表明该仪器工作稳定，性能良好。1.1 课题设计的目的和意义学习使用单
10、片机的控制功能和用超声波传感器实现测量距离，理解超声波传感器的超声波发生机制及发射、接收和以单片机 STC89C52 为中心控制单元，实现超声波发射及其遇到障碍物发生反射形成回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，以完成设计目标，熟悉 51 单片机软件编程及调试环境 KeilC51 软件。1.2 课题设计的研究范围和成果2本课题研究的超声波传感器测距技术是一种非接触式的测量物体间距离的方法， 利用超声波在空气等媒质中传播, 通过遇到障碍物反射回来的时间间隔长短及被反射超声波的强弱判断障碍物性质和位置的方法。本课题设计的一种基于 STC89C52 单片机的低成本、高精度、小型化数字显示超声波传感器测距模块，其硬件电路和软件程序设计思路清晰，方案简单可行。1.3 课题设计的任务和要求(1)了解超声波测距原理；根据其测距原理，设计出硬件结构电路。(2)对设计的电路进行分析。(3)要求测量范围在 0.07-5.50m，测量精度 1cm；并以数字的形式显示测量距离。
