基于单片机的超声波测试仪的制作

PAGEXIV基于单片机超声波测距仪制作

一．选题的背景及意义超声波测距仪是一种利用超声波的特性进行测距的设备。由于超声波在空气中传播的速度和时间差可以计算距离，因此超声波测距仪具有非接触、高精度、高可靠性等优点。同时，随着单片机技术的不断发展，基于单片机的超声波测距仪可以实现更加简单、高效、精确的测距功能。这使得超声波测距仪在机器人、智能家居、车辆安全等领域得到了广泛的应用。提高测距精度和可靠性：基于单片机的超声波测距仪可以通过优化算法和硬件设计，提高测距精度和可靠性。这对于需要高精度测距的应用场景，如工业自动化、车辆安全等，具有重要意义。实现实时控制和监控：超声波测距仪可以与单片机相结合，实现实时控制和监控。通过实时测量目标物体的距离和位置，可以实现对生产线上物体或机器人的位置监控、对车辆行驶的安全监控等。降低维护成本：超声波测距仪具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。相比其他测距设备，超声波测距仪在恶劣环境下具有更好的稳定性和耐用性，降低了维护成本。推动相关行业的发展：基于单片机的超声波测距仪的广泛应用，将推动相关行业的发展，如机器人技术、智能家居、车辆安全等。同时，超声波测距仪的研究和应用也将促进相关学科的发展，如物理学、电子工程、计算机科学等。设计任务及要求项目设计的是一款单片机超声波测距仪，要求主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，能够实现超声波测距，数据显示，参数设置等功能。具体要求如下：（设计和构建一个基于单片机的超声波测距仪系统。选择并集成合适的超声波模块、单片机、显示屏、按键等硬件组件。编写和调试程序，实现超声波的发射、接收和距离计算，以及数据的显示、存储和传输。功能要求方面：能够进行距离测量，测量的距离范围、精度和分辨率需满足设计要求。能够通过数码管或其他显示屏实时显示测量的距离数据。可通过按键设置距离门限值，当测量的距离小于门限值时，能够触发报警功能（如蜂鸣器响铃）。性能要求：系统应具有较高的稳定性和可靠性，能够在各种环境下正常工作。超声波模块应具有较快的响应速度和较高的测量精度。单片机应具有足够的处理能力和存储空间，以满足系统的需求。用户体验要求：操作界面应简洁明了，易于用户理解和操作。显示屏的显示内容应清晰易读，方便用户获取测量数据。系统应具有良好的可维护性和可扩展性，方便后续的功能升级和优化。此外，在设计和制作过程中，还需要注意以下几个方面：硬件选型：根据设计需求选择合适的硬件组件，确保系统能够满足功能要求和性能要求。软件设计：编写清晰、易读、可维护的程序代码，实现系统的各项功能。在编写程序时，需要充分考虑系统的稳定性和可靠性，避免出现死机、重启等问题。系统调试：在搭建好硬件平台后，需要进行系统调试，验证各项功能是否正常工作。在调试过程中，需要注意排查和解决可能出现的问题和故障。实物制作：根据设计方案和硬件选型，制作实物并进行测试。在实物制作过程中，需要注意保证元器件的焊接质量和布局的合理性。功能验证：对实物进行功能验证，确保各项功能均满足设计要求。在验证过程中，需要记录测量数据并进行对比分析，以验证系统的测量精度和稳定性。三、项目分析与方案论证项目分析项目目标明确：清晰地定义项目的目标，即制作一个基于单片机的超声波测距仪。确定项目的具体需求，如测距范围、精度、分辨率、显示方式、报警功能等。市场需求分析：研究市场上已有的超声波测距仪产品，了解其性能、价格、用户反馈等信息。分析市场需求，确定项目的市场定位和目标用户群体。技术可行性分析：评估项目所需的技术是否可行，包括单片机技术、超声波技术、显示技术等。考虑技术实现的难度、成本以及可能遇到的技术风险。资源和时间评估：评估项目所需的资源，如硬件设备、软件工具、人力等。制定合理的时间计划，确保项目能够按时完成。2．方案论证选择方案设计：根据项目需求和技术可行性，设计项目方案。确定项目的主要组成部分，如单片机、超声波模块、显示屏、按键等。设计系统的电路图、程序流程图等。方案评估：对设计方案进行全面的评估，包括功能、性能、成本等方面。考虑不同方案之间的优缺点，选择最优方案。方案优化：根据评估结果，对设计方案进行优化，提高系统的性能和稳定性。考虑可能的改进和创新点，提高项目的竞争力。风险分析和应对措施：分析项目实施过程中可能遇到的风险，如技术风险、市场风险、时间风险等。制定相应的应对措施，降低风险对项目的影响。实施方案制定：制定详细的实施方案，包括硬件制作、软件开发、系统测试等阶段的具体工作内容和时间安排。制定项目管理计划，确保项目能够按计划进行。论证报告编写：将项目分析和方案论证的结果整理成书面报告，供决策者参考。报告应包含项目目标、市场分析、技术可行性分析、方案设计、方案评估、风险分析和应对措施等内容。四、项目设计本项目利用单片机、超声波传感器、蜂鸣器实现了智能超声波测距仪的设计，具有利用超声波特性测距的功能，其具体方框图如图1所示：图1智能超声波测距仪结构图五、项目实施过程1.成员任务安排从接受任务后具体成员的任务安排及时间安排如表1所示：表1任务实施计划实施计划时间主要任务阶段成果2023.4-2023.5功能分析，电路及系统控制部分的设计实现初步方向确立2023.4-2023.5程序设计调试、样机的修改样机和程序完成2023.5-2023.6系统整体调试以及相关实验资料整理实体完成2023.5-2023.6项目所有资料的完善总体完成2.原理图绘制主控制最小系统电路如图2所示。图2最小系统硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键,一个加键，一个减键。图3总设计电路图3.硬件焊接根据原理图焊接元器件，形成的硬件电路板如图3所示：图3智能超声波测距仪电路板4.单片机超声波测距仪的软件设计程序流程图如图4所示：系统初始化系统初始化报警结束测得距离与设定值比较，小于距离比较，报警是否持续开始启动报警电路开始报警再次检测等待下次报警结束YNNYYN图4流程图5.单片机超声波测距仪的调试（1）调试步骤1)按照原理图连接。2)编程：编写智能超声波测距仪的程序。3)将程序下载到STC89C52单片机，电路上电运行。。4)观察并记录能否实现程序的功能，如有错误，检查硬件接线是否错误，如果连接正确，再检查程序，直到调试成功为止。（2）调试要点1)如果在硬件调试时，某些元器件没起到作用，应该用万用表测量元器件的好坏，还有可能是电阻阻值选用不合理等问题。2)将设计好的程序下载到STC89C52单片机中，首先要做的就是仔细检查程序，是否出现语法错误，延时时间是否算对，主程序是否成功调用子程序。程序一般先在仿真软件上调试，然后再在焊接成功的电路板上调试。六、总结与体会在深入探索基于单片机的超声波测距仪的开发过程中，我获得了丰富的知识和实践经验。以下是对这一项目的总结与体会：一、技术总结原理与应用：超声波测距仪基于超声波在空气中的传播速度和时间差来计算距离。通过单片机控制超声波的发射和接收，可以精确测量目标物体的距离。这种非接触式的测量方式安全、可靠，并且适用于多种场景。系统构成：系统主要由单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、电源模块和显示模块等组成。单片机作为核心控制器，负责发送超声波信号、接收回波信号、计算距离以及控制显示模块显示测量结果。性能优化：为了提高测量的精度和稳定性，我们采用了新型振动模式的超声波探头、抗干扰电路以及合理的软件算法。这些措施有效抑制了噪音干扰，提高了测量的可靠性和精度。应用拓展：超声波测距仪不仅适用于简单的距离测量，还可以与其他控制系统进行联动，实现更复杂的功能。例如，在移动机器人中，超声波测距仪可以用于定位和避障；在液位测量中，可以用于实时监测液位高度。二、个人体会理论知识与实践的结合：在开发过程中，我深刻体会到了理论知识与实践相结合的重要性。只有将理论知识应用到实践中去，才能真正理解和掌握技术的本质。团队协作的重要性：项目开发过程中，团队成员之间的协作至关重要。通过分工合作、互相学习、共同进步，我们克服了许多技术难题，最终完成了项目的开发。不断学习和创新：随着技术的不断发展，我们需要不断学习和创新才能跟上时代的步伐。在开发过程中，我不断学习新知识、新技术，尝试将新的思想和方法应用到项目中，取得了不错的效果。解决问题的能力：面对各种问题和挑战时，我学会了冷静分析、积极寻找解决方案。这种解决问题的能力不仅有助于项目的成功完成，也对我个人的成长具有重要意义。这次学期项目感受最深的是团队合作，毕竟个人能力有限，掌握的知识不够全面。所以在项目执行过程中，团队分工合作，在每个时间节点积极完成所需要完成的工作。另外，在这里要感谢苏老师的认真指导，经常与我们小组交流设计理念，并且在一定程度上帮助了我们大多数难题，包括程序上的、硬件上的一些问题。由于时间的关系，设计的智能超声波测距仪虽然完成了一定的功能，但还有很多地方是值得改进的，今后还可以根据需要加强在功能及外观上的设计。实体安装设计图：程序：#include<reg52.h> //调用单片机头文件#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义 变量范围0~255#defineuintunsignedint //无符号整型宏定义 变量范围0~65535#include<intrins.h>//数码管段选定义012345 6 7 8 9 ucharcodesmg_du[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0}; //断码uchardis_smg[4]={0xff,0xff,0xff,0xff};//数码管位选定义sbitsmg_we1=P3^4; //数码管位选定义sbitsmg_we2=P3^5;sbitsmg_we3=P3^6;sbitsmg_we4=P3^7;sbitc_send=P3^2; //超声波发射sbitc_recive=P3^3; //超声波接收sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器IO口定义uintflag_300ms=1;longdistance; //距离uintset_d=50; //距离ucharflag_csb_juli;//超声波超出量程uintflag_time0;//用来保存定时器0的时候的ucharmenu_1;//菜单设计的变量/***********************1ms延时函数*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/********************独立按键程序*****************/ucharkey_can; //按键值voidkey() //独立按键程序{ staticucharkey_new;//key_new这个变量的功能是做按键松手检测的 key_can=0;//按键值还原 P2|=0x07; if((P2&0x07)!=0x07) //按键按下 { delay_1ms(1); //按键消抖动 if(((P2&0x07)!=0x07)&&(key_new==1)) { //确认是按键按下 key_new=0; //key_new=0说明按键已按下 switch(P2&0x07) { case0x06:key_can=3;break; //得到k3键值 case0x05:key_can=2;break; //得到k2键值 case0x03:key_can=1;break; //得到k1键值 } } } else key_new=1; //key_new=1说明按键已经松开了}/****************按键处理显示函数***************/voidkey_with(){ if(key_can==1) //设置键 { menu_1++; if(menu_1>=2) { menu_1=0; } } if(menu_1==1) //设置报警 { if(key_can==2) { set_d++; //加1 if(set_d>500) set_d=500; } if(key_can==3) { set_d--; //减1 if(set_d<=1) set_d=1; } dis_smg[0]=smg_du[set_d%10]; //取小数显示 dis_smg[1]=smg_du[set_d/10%10];//取个位显示 dis_smg[2]=smg_du[set_d/100%10]&0xdf;//取十位显示 dis_smg[3]=0x60; //a } }/****************报警函数***************/voidclock_h_l(){ if(distance<=set_d)//低于设置的距离就会报警 { beep=~beep; //蜂鸣器报警 } else { beep=1; //取消报警 } }/***********************数码位选函数*****************************/voidsmg_we_switch(uchari){ switch(i) { case0:smg_we1=0;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case1:smg_we1=1;smg_we2=0;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case2:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=0;smg_we4=1;break; case3:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=0;break; } }/***********************数码显示函数*****************************/voiddisplay(){ staticuchari; i++; if(i>=4) i=0; smg_we_switch(i); //位选 P1=dis_smg[i]; //段选 }/******************小延时函数*****************/voiddelay(){ _nop_(); //执行一条_nop_()指令就是1us _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();}/*********************超声波测距程序*****************************/voidsend_wave(){ c_send=1; //10us的高电平触发 delay(); c_send=0; TH0=0; //给定时器0清零 TL0=0; TR0=0; //关定时器0定时 while(!c_recive); //当c_recive为零时等待 TR0=1; while(c_recive) //当c_recive为1计数并等待 { flag_time0=TH0*256+TL0; if((flag_time0>40000))//当超声波超过测量范围时，显示3个888 { TR0=0; flag_csb_juli=2; distance=888; break; } else { flag_csb_juli=1; } } if(flag_csb_juli==1) { TR0=0; //关定时器0定时 distance=flag_time0; //读出定时器0的时间 distance*=0.017;//0.017=340M/2=170M=0.017M算出来是米 if((distance>600)) //距离=速度*时间 { distance=888; //如果大于6m就超出超声波的量程 } }}/*********************定时器0、定时器1初始化******************/voidtime_init() { EA=1; //开总中断 TMOD=0X11