超声波测距模块设计

统是一种基于AT89C51单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理,以超声波传感器为接口部件,应用单片机技术和超声波在空气中的时51I/O口，使超声波传感比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现3米内测距，盲区7厘米，具有LCD显示功能。DesignofUltrasonicDistanceAbstract:Theultrasonicrangingapplicationisextremelywidespread.Afterthefeasibilityandreliabilityhasbeenanalysised,thestructuredesigntechniquewasestablished.ThisarticleintroducesanultrasonicdistancemeasurementbasedontheAT89C51single-chipcomputer,thesystemaccordingtoultrasoundintheairreflectionprinciplesofthedissemination.Anditusestheultrasoundsensorasinterfacecomponentsfortheapplicationofthedistancemeasurebasedbysingle-chipcomputertechnologyandthemarginoftimethatultrasoundtransmitinair,therebythesystemsofdesignofultrasonictestcomesintobeing.Thesystemprimarilycomposedbythefourmodules:thecontrollermodule,ultrasoniclaunchmodule,ultrasoundreceivingmoduleanddisplaymodular.TheI/Oportsofthe51single-chipcomputerwereusedtocausetheultrasonictransducertosendoutthe40kHzultrasonicwave.Thereflectedsignalenterthe51aftertheenlargementandfeedbackcircuit,andthesystemwillcompletetherangefinderbydebuggingthecorrespondingdistance.Thisdesigncanrealize3metersinrangefinders,withthe7centimetersblindspot,ThesystemhavetheLCDdemonstration.Keywords:ultrasonic,ultrasonicsensor,AT89C51single-chipcomputer,LCDdisplay rangefinder 第1 课题背 论文研究内 研究内 各章节主要内 第2 系统的总体方案设 超声测距理论基 超声波介 超声波传感 传感器的指向角 测量盲 超声波测距原 超声测距系统组 系统的收发过 方案比 超声波频率及探头的选 发射模 接收模 温度补 显示模 电源模 通信接口选 系统的总体构 本章小 第3章系统硬件设 系统工作的过 主控制电 AT89C51单片 时钟振荡 复位电 串行通信接 RS-232电气特 RS-232连接器机械特 数据发送电 发射电路设 555振荡 共射极放大电 接收电路设 CX20106工作原理分 电源电路设 LCD显示电 LCD接口协 温度测 本章小 第4章系统程序设 软件功能模块的划 主程序的分析设 外部中断程 T0中断子程 温度校 本章小 第5章调试过 调试环 LCD程序调试过 发送40kHZ脉冲信号子程序调 温度传感器的调 实验结 本章小 参考文 附录1超声测距源程 附录2超声测距原理 附录3硬件实物 第1章 40周年大会的贺信中就说过：“测，我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展，客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。超声技术就是法，称为超声波测距。可想而知，它的应用，必将在未来展现出夺目的光辉。CTS-10型非金属超声检测仪，也是电子管式，仪器重约UCT-2，CTS-10型仪器。1976年，国家技术列为重点攻关项目，组织全国6个单位协作攻关。从此，超声波检测技术开始N2701型超声波测试仪，是由晶体管分立元件组重的PUNDIT便携式超声仪。197810月，中国建筑科学院研制出JC-2型便携TTL5kg。同期研制出2000A型超声分析检测仪，是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作电子技术的发展，出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前2种方声波的速度为声速）并处理成相应的距离，然后再通过LCD显示距离。51单片机作2时测距仪不能与被测物体直接接触，以及用LCD显示结果等要求。这一章主要介绍为340m／s，其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同的传播媒体里(大气条件)A=A(X)cos(t+ (2-A(X)=Ae (2-0数，为波长，为衰减系数。衰减系数与声波所在介质及频率的关系为=af (2-率f=40kHz(超声波)代入式(2-3)可得:=3．2×104cm1，即1／=31m；若f=30kHz，则1／=56m。它的物理意义是：声波在空气媒质里传播，因空气分子运动摩擦等原因，能量被吸收损耗。在(1／)长度上，平面声波的振幅衰减为原来的e分之一，由超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同2-1ABA片的电场方向与图2-2双 图(2)sin(2) （2-反比

用国产现有压电传感器片最大半径r=6.3mm，故2

2r)=75oVM；另外，接收探头上接收到的各种反射信号却远比发射信号小，即使在离探头较到规定阈值VM，亦即接收信号的幅值必须大于这一阈值才能使接收放大器由输入信 LVT 式中，L为测距误差，V为声速，T为时间测量误差，V为声速误差。若要求测误差小于0．0lm，已知声速V=344m／s(200C时)，忽略声速误差，那么测量时间的TL/V0.01/344 LS LS

2-32-3中可以看出，由于本设计采用收发分体换能器，发射换能器和接收换能的公式计算出L，测出距离[7]。 主控制器 主控制器pc表2-1TF1类型：T--F--U--K--宽带型使用方法：F--S--接收个驱动电流为100mA以上的驱动电路。NE567对放大后的信号进行频率监视和控制。一旦探头接到回波，若接收到的信号频率等于振荡器的固有频率（此频率主要由RC值决38kHz40kHz超声波接近，当它（LM324 （2-V331.4 （2-DS18B20测温专用芯片来测定。得到的数据送到串行温度－声速二维表(如图2-5)，将之固化到系统程序中，然后直接使用查表法得到声

0方案一:采用LED数码管显示.其优点在于它能在低电压,小电流的条件下发光,方案一:采用电池(1.5V×3)。这样供电很简单,而且组成系统时,占用的空间小;但方案二78L05构成的电源。提供+5V电压。这种电源与USB接口，SPI、UARTUART的调试是比较方便的，难度周期和开发难度，还有不需要外加额外太多的器件，故采用RS232串行接口传输数离和速率在标准中被限定为15米和19200bit/s。2-6AT89C51555振DS18B20温度传感器对环电电障碍物91555器pcpc

3本文设计的超声波测距仪是一款非接触的测量仪器。它的工作原理是:55540kHz的超声波信号，超声波传感器的工作状态由三极管工作情图3-1要占用比较多的I/O口和需要处理较复杂的数学计算对单片机的运行速度的有较高的要求，本系统选用了AT89C51单片机作为主控器件[8]。AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）CMOS8位微处理MCS-518CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统单片机外接石英晶体（或陶瓷谐振器）C1、C2接在放大器（AT89C51中使用30pF±10pF。图3-2离和速率在标准中被限定为15米和19200bit/s。TXDRXD平高于-15V低于-3V3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3~+3V之间和低于-15V或高于+15V的电压无意义，因此，在实际工作时，应保证电平在（3~5）V范围之间。RS-232TTL电平的转换：前者用正负电压来表示逻辑状态，与后者以高TTL器件相连，DB-9连接器。接器。它只提供异步通信的9个信号。（<12m（MODEM9针串口（DB-1234567890.1u外接电容即可完成TTL电平与EIA电平之间的相互转换。在换能器系统中,发射部分的共振频率要与接收部分反共振频率相匹配[1]。3-43-5Vc 为“0”T导通，C7R10T1/3VCC时正相比较器翻3-2简洁表示，经分析表明：电容C7的放电时间t1和充电时间t2可分别表示为：t1R10Cln(2)0.7R10C t2(R10R9)Cln(2)0.7(R9R10)

0XX低1>2/3>1/3低1<2/3>1/31<2/3<1/3高1>2/3<1/3高1 （3-t1 (R94k，为了调节信号频率，R105k555时基具有足够的驱动能力，此处采用+5V电源。

式，超小型封装，＋5V供电。其内部方框图如图3-10所示。 123400005678 LCD4．5-

DS18B20DALLAS半导体公司生产的可组网单线数字温度传感器，在其其它温度传感器相比，DS18B20具有以下特性：理器与DSB1820的双向通讯3、测温范围：-55C到+125C0.5C0.01C)3-13电路原理图见附录2块、超声波发射、超声波接收、距离计算模块及显示模块。图4-1形象地描述了各

电后首先对系统进行初始化（555起振，T0也开始计时），紧接着调用显示子算子程序，然后将所测距离显示，并且显示当前温度。主程序流程图如图4-2NY4-2

T0T0根据公式V331.40.61T，把测得的当前温度值送入单片机，并且显示在LCD上。工作过程是：温度传感器复位，读温度传感器寄存器数据，写温度传感5PC机，512M内存，PROTEUS仿真器，KEIL51编译器，模拟万用表，20MHz双踪示波器，函数发生器。LCDLCD上。温度传感器的操作时序要求较严格，由程序产生的时序和温度传感器要求的时序严格同步，进行编译仿真，当前温度显示在LCD上。该部分调用的函数：uchar ucharTread(void) voidTwrite(ucharval) 5-1距离（米0.7m~3m内的平面物体能进行测量，其最大误差为5cm，[1]黄晓红.超声波测量电路设计[J].河北理工学院学报2002，24(5)：1518[2]曹茂永.超声测距数字信号采集系统[J].电测与仪表,2000，37(8)：26-27.[3]纪良文.电子技术应用[J].浙江大学电气工程学院,2001，27(4)：16-18.1998，3（1：19-[7]李宇成.新型智能超声物位探测仪的设计[J].北方工业大学学报，1997，9-3..MurugavelRaju.UltrasonicDistanceMeasurementWiththeMSP430[J].ApplicationReportSLAA136A-October2001. AbidiMAGonzalezRC.Theuseofmulti-sensordataforroboticapplication[J].IEEETransactionsonRoboticsandAutomation,1990,6(2):248-256. LeonardJJ.Directedsonarsensingformobilerobotsnavigation[D].UniversityofOxford,ByrneG,DornfeldD.Toolconditionmonitoring(TCM)-Thestatusofresearchandindustrialapplication.AnnalsoftheCIRP,1995,44(2):pp.541-567Q.H.Zhang,J.H.,Zhang.Material-removal-rateanalysisintheultrasonicmachininguch