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基于单片机的超声波测距设计说明书(完整资料).doc
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2022-12-02
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基于单片机的超声波测距设计说明书(完整资料).doc
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基于单片机的超声波测距设计
说明书(完整资料)
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摘要
超声波是频率高于 20KHZ 的声波具有指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距
离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来
实现.利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量
精度方面能达到工业实用的要求,因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位
和避障等领域得到了广泛的应用。基于此,本次设计尝试使用 AT89S52 与 HC-SR04 模块
来实现超声波的测量,结合外围电路模块实现距离显示及报警构成超声波测距系统。
本次超声波测距系统由单片机计时及控制电路、超声波发射接收模块、测量距离显示
电路、报警电路等部分组成。详细介绍了超声波测距模块及 AT89S52 单片机的测距原理。
以 HC—SR04 超声波测距模块为核心实现超声波的发射与接收.显示电路采用数码管以及
三极管显示控制,报警电路由蜂鸣器与三极管组成.整体电路结构简单,成本低廉,工作
稳定,测量精度也达到实际应用要求。
关键词:超声波 测距 单片机 HC-SR04
Abstract
Ultrasound is sound waves with frequency higher than 20KHz, it has strong directivity and
consumes energy slowly, at the same time it spreads farther in the same medium. Therefore
ultrasound is often used for distance measurement , such as the range finder and level
measurement and so on can be achieved by it。 Use of ultrasonic detection tends to be quickly,
convenient and simple calculation , easy to do real—time control 。 In the measurement
precision it can reach industry practical requirement。 So in liquid level, well depth, pipe
length measurement, mobile robot localization and obstacle avoidance, etc a wide range of
applications.
This ultrasonic ranging system consists of the single—chip microcomputer timer and
control circuit, ultrasound transmitting and receiving modules, the distance display circuit,
alarm circuits and other components. Detailed introduces the ultrasonic ranging module and
AT89S52 MCU range finder principle. HC-SR04 is the core of the ultrasonic transmitter and
receiver。 The result displays with digital tube and controlled by transistor。 And the alarm
circuit is composed by buzzer and transistor. The whole circuit is simple structure, low cost,
stable work and the measurement accuracy reached the application requirements.
Key words: ultrasonic wave ranging MCU HC—SR04
目录
前言 1
第 1 章测距仪现状及意义分析 2
1.1 国内外现状 2
1.2 本课题研究意义 3
1。3 主要内容及思路 3
第 2 章总体设计 4
2.1 总体设计要求 4
2。2 总体设计思路 4
第 3 章硬件电路 6
3。1 单片机及其基本电路 6
3。1。1 单片机介绍 6
3.1。2 AT89S52 介绍 6
单片机基本电路 9
3。2 HC-SR04 模块 9
3.2.1 HC-SR04 模块使用器件 10
超声波发射电路 13
超声波接收电路 14
3。2。4 HC-SR04 模块工作原理 14
3。3 显示电路 16
3.3.1 LED 结构与显示方式 16
3。3。2 显示模块电路 18
3.3。3 显示子程序 18
3.4 报警模块 19
3。4.1 蜂鸣器及其原理 19
3.4。2 报警电路及子程序 20
第 4 章程序开发环境及流程图 23
4。1 程序语言及开发环境 23
4。2 主程序流程图 25
4.3 测距程序流程图 27
第 5 章硬件使用说明 30
5.1 硬件电源说明 30
5.2 硬件操作说明 31
总结 32
致谢 33
参考文献 34
附录一超声波测距仪原理图
附录二超声波测距 PCB 图
附录三源程序
前言
随着经济和科学技术的发展,汽车这项代步工具也走近越来越多的家庭,与此同时交
通拥挤的状况也越来越严重。伴随着汽车带来方便的同时,各种事故也层出不穷,其中追
尾、倒车碰撞则占据了很大一部分比例.而在汽车上安装一个测距防撞报警系统则能很好
的帮助解决这一问题。
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,因而超声波经常用
于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往
比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的
要求,性价比很高.因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域
得到了广泛的应用。因此可以将超声波测距系统应用到汽车防撞中.在汽车尾部安装一个
超声波测距系统,泊车时,系统检测汽车与障碍物的距离并且利用 LED 显示,当距离达
到某设定值时实施声音报警来提醒驾驶人员。
第 1 章 测距仪现状及意义分析
1。1 国内外现状
1。国内现状
随着传感器和单片机控制技术的不断发展,非接触式检测技术已被广泛应用于多个领
域.目前,典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD 探测、雷达测距、激光测距等。其
中,CCD 探测具有使用方便、无需信号发射源、同时获得大量的场景信息等特点,但视觉
测距需要额外的计算开销.雷达测距具有全天候工作,适合于恶劣的环境中进行短距离、
高精度测距的优点,但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、
测量速度快等优势,尤其是对雨雾有一定的穿透能力,抗干扰能力强,但其成本高、数据
处理复杂。
与前几种测距方式相比,超声波测距具有以下优势:
1、与声波相比,超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、在介质中传播距离较远、反
射能力强等优势。
2、和光学方法相比,声音传播速度小,可以直接测量较近的目标,纵向分辨率高,
适用范围广,并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响,因此对于测量处于黑暗、电
磁干扰等比较恶劣环境中的物体具有很强的适应能力,且覆盖面较大等优点.
3、超声波测距系统具有体积小、结构简单、价格低廉,测距迅速、方便、计算简易、
易于做到实时控制.
国内的早期测距仪是基于机械原理的,但随着世界的电子技术的发展,国内位移测距
仪在各方面不甘落后,甚至在某一方面科技含量领先世界。国内对超声波回报信号处理方
法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究,并
针对超声波测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超
声波测距精度的措施.
随着科学技术的不断进步,超声波的应用也越来越广泛。但就目前技术水平来说,人
们利用超声波的技术还十分有限,因此,这是一个正在不断发展而又前景良好的技术。
目前,超声波测距系统可以广泛应用于建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,
如液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域。与此同时对其的精度要
求也越来越高,伴随着经济技术的发展,超声波测距应用的范围也会日益扩大。
2.国外现状
国外测距仪表早期大多采用机械原理,但近年来随着电子技术的应用,逐步向机电一
体化发展,并且总结了许多新的测量原理.在传统原理中渗透了电子技术及微机技术,结
构有了很大的改善,功能有了很大的提高.从国外测距仪发展的技术动向看,当前国外测距
仪新技术普遍应用,普遍采用电子设计自动化、计算机辅助测试、数字信号处理、专用集
成电路及表面贴装技术等.呈现出智能化测距仪、非接触式测量方式的测距仪、新原理的
小型测距.
1。2 本课题研究意义
接触式测量存在测量费用较高,探头易磨损,测量速度慢,在测量一些内部元件有先
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