基于單片機的超聲波測距儀設計與實現(xiàn)

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1、目錄引言11系統(tǒng)設計原理及總體設計31.1系統(tǒng)設計原理31.1.1測距原理31.2傳感器工作原理41.2.1傳感器的類型及設計要求41.2.2設計所用傳感器工作原理51.3系統(tǒng)總體設計61.3.1總體設計思路61.3.2系統(tǒng)組成61.3.3工作過程72系統(tǒng)硬件設計82.18051單片機結構及功能82.1.18051單片機結構82.1.28051單片機內部各結構功能92.1.38051單片機的主要性能特點102.2發(fā)射電路設計102.2.1發(fā)射電路功能102.2.2發(fā)射電路原理圖112.3接收電路122.3.1接收電路功能122.3.2接收電路原理圖122.

2、3.3中斷電路132.4顯示電路142.4.1LED數(shù)碼管顯示原理142.4.2顯示譯碼器153系統(tǒng)軟件設計173.1主程序173.2顯示程序183.3中斷程序184系統(tǒng)調試204.1硬件檢測和調試...204.2軟件調試204.3干擾處理21結論23參考文獻24附錄1：硬件電路總體設計圖24附錄2：程序全文26附錄3：PCB印制板圖28致謝29引言1．設計目的：隨著科技的進步，人們對測量的方法和測量的精度的要求也越來越高。在日常生活中，工業(yè)活動和農業(yè)生產中，經常會遇到難以用常規(guī)辦法進行測量的情況。超聲波指向性強、易于定向發(fā)射、強度好控制、能量消耗緩慢、傳

3、播距離較遠、不受惡劣天氣和光線影響，根據(jù)他的這些優(yōu)點所設計的測量儀可實現(xiàn)比較迅速、方便的測量。它設計比較方便，計算處理也較簡單，易于做到實時控，測量時與被測物體無自接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結果，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應用。超聲波測量儀可用在不便于人工測量的地方，為生活中工作中，提供不可想象的便利。如汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度等的實時測量場合。超聲波測距儀是非接觸式測量儀。得益于它的非接觸式，它能夠在某些特定場合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用。比如要測量

4、有毒或有腐蝕性化學物質的液面高度或高速公路上快速行駛汽車之間的距離。目前基于超聲波測距的精度需求和盲區(qū)減小的需求也越來越大，如油庫和水箱液面的精確測量和控制，物體內氣孔大小的檢測和機械內部損傷的檢測等。本設計結合超聲波測距原理，傳感器原理等，進行了系統(tǒng)的硬件和軟件設計。本設計為以MCS-51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。本設計主要應用于短距離測量,設計的最終目的為:測距范圍為0~10米；相對誤差為＜±5%。工作環(huán)境為-10℃~+55℃。雨、雪、霧、黑夜均不受影響。2．國內外測距儀介紹：距離是在不同的場合和控制中需要檢測的一個參數(shù)

5、，測距成為數(shù)據(jù)采集中要解決的一個問題。國外測距儀表早期大多采用機械原理，但近年來隨著電子技術的應用，逐步向機電一體化發(fā)展，并且總結了許多新的測量原理。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術及微機技術，結構有了很大的改善，功能有了很大的提高。從國外測距儀表發(fā)展的技術動向看，當前國外測距儀新技術普遍應用。普遍采用電子設計自動化(EDA)、計算機輔助測試(CAT),數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)及表面貼裝技術等。呈現(xiàn)出(1)智能化測距儀;(2)非接觸測量方式的測距儀;(3)新原理的小型測距。國內的早期的測距儀也是基于機械原理的，但是隨著世界的電子技術的發(fā)

6、展，國內位移測距儀在各方面不甘落后，甚至在某一方面科技含量更高。主要測距方法有：（1）人工檢尺利用皮尺測量距離，這是至今仍然在全世界廣泛使用的最簡單方法，人工測量的精度一般，存在人為因素誤差。（2）雷達測距儀連續(xù)式微波測距儀這幾年逐步推向市場。它通常采用調頻雷達原理，利用同步調頻脈沖技術，微波發(fā)射和接收器安裝在發(fā)射點，向需要被測物面發(fā)射頻率調制的微波信號。當接收到回波信號時，由于來回傳播時間延遲，發(fā)射頻率己改變了。將兩者信號混合處理，所得信號差頻正比于發(fā)射點到被測物面之間的距離。（3）激光測距儀激光測距儀的測量原理是通過對被測物體發(fā)射激光光束，并接收該激光

7、光束的反射波，記錄該時間差，來確定被測物體與測試點的距離。（4）γ射線測距儀該技術是基于γ射線對不同物質產生不同衰減的理論。γ射線測距特別適用于傳統(tǒng)測量儀表不能解決的測量問題，因為測量件沒有任何部件與被測介質相接處。（5）超聲波測距儀超聲波測距儀是非接觸測距儀中發(fā)展最快的一種。該技術基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產生反射的原理。3．超聲波的特點超聲波是聲波大家族中的一員。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質向四面八方傳播，

8、這便是聲波。超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下