目录前言1课题设计目及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计目----------------------------------------------------- 11.2设计意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计任务和规定------------------------------------------- 1正文1 课程方案设计-------------------------------------------------2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案论证-------------------------------------------- 22系统硬件构造设计------------------------------------- 22.1 51系列单片机功能特点及测距原理------------------------------ 32.1.1 51系列单片机功能特点------------------------------------- 32.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路构造------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统硬件电路设计---------------------------------- 42.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 53 系统软件设计----------------------------------------- 63.1 超声波测距仪算法设计---------------------------------------- 73.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机某些C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距某些C语言程序-------------------------------------- 114 实物制作------------------------------------------------ 17 4.1电路板焊接及连线图--------------------------------------------- 17 4.2实物调试效果图------------------------------------------------ 18 4.3焊接电路板时所遇问题------------------------------------------- 195总结------------------------------------------------- 206 道谢-------------------------------------------------- 20 附录-------------------------------------------------------------20前言1课题设计目及意义1.1设计目随着科学技术迅速发展，超声波将在测距仪中应用越来越广。

但就目前技术水平来说，人们可以详细运用测距技术还十分有限，因而，这是一种正在蓬勃发展而又有无限前景技术及产业领域。

展望将来，超声波测距仪作为一种新型非常重要有用工具在各方面都将有很大发展空间，它将朝着更加高定位高精度方向发展，以满足日益发展社会需求，如声纳发展趋势基本为：研制具备更高定位精度被动测距声纳，以满足水中武器实行全隐蔽袭击需要；继续发展采用低频线谱检测潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程被动探测和辨认；研制更适合于浅海工作潜艇声纳，特别是解决浅海水中目的记别问题；大力减少潜艇自噪声，改进潜艇声纳工作环境。

无庸置疑，将来超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其她测距仪集成和融合，形成多测距仪。

随着测距仪技术进步，测距仪将从具备单纯判断功能发展到具备学习功能，最后发展到具备创造力。

在新世纪里，面貌一新测距仪将发挥更大作用。

1.2设计意义查找与超声波测距关于资料，通过对资料理解开发设计一种简朴单片机超声波测距装置。

设计完毕后，制作PCB版图，最后完毕实物连线。

通过设计巩固对单片机知识运用，并加强自我动手能力。

1.3课题设计任务和规定理解和掌握超声波传感器原理、构造、特性和用法，超声波探测系统有关产品及及其国内外研究进展状况，运用单片机、Proteus和Keil C51工具设计出一种相应探测辨认系统，制作实物并进行测试。

1、理解和掌握该系统有关传感器（3-5种）技术资料，涉及其技术指标、原理图、封装形式、价格等；2、查找系统有关产品（3-5种）技术资料，涉及其技术指标、原理图、封装形式、价格等；3、查找与本系统有关论文（近来几年）（3-5篇）；4、选取一种传感器，运用单片机、Proteus和Keil C51工具设计出一种相应探测辨认系统，制作实物并进行测试；5、完毕论文。

1 课程方案设计1.1系统整体方案由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远，因而超声波经惯用于距离测量。

运用超声波检测距离，设计比较以便，计算解决也较简朴，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化使用规定。

超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

电气方式涉及压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生超声波频率、功率、和声波特性各不相似，因而用途也各不相似。

当前在近距离测量方面惯用是压电式超声波换能器。

依照设计规定并综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机定期器。

1.2系统整体方案论证超声波测距原理是运用超声波发射和接受，依照超声波传播时间来计算出传播距离。

实用测距办法有两种，一种是在被测距离两端，一端发射，另一端接受直接波方式，合用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接受反射波方式，合用于测距仪。

本次设计采用反射波方式。

测距仪辨别率取决于对超声波传感器选取。

超声波传感器是一种采用压电效应传感器，惯用材料是压电陶瓷。

由于超声波在空气中传播时会有相称衰减，衰减限度与频率高低成正比；而频率高辨别率也高，故短距离测量时应选取频率高传感器，而长距离测量时应用低频率传感器。

2系统硬件构造设计硬件电路设计重要涉及单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接受电路三某些。

单片机采用AT89C51或其兼容系列。

采用11MHz高精度晶振，以获得较稳定期钟频率，减小测量误差。

单片机用P3.0端口输出超声波换能器所需40kHz方波信号，运用外中断0口监测超声波接受电路输出返回信号。

显示电路采用简朴实用3位共阴LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。

2.1 51系列单片机功能特点及测距原理2.1.1 51系列单片机功能特点5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kBROM，256 BRAM，2个16b定期／计数器TO和T1，4个8 b工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一种全双功串行通信口等构成。

特别是该系列单片机片内Flash 可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛用途，在便携式、省电及特殊信息保存仪器和系统中更为有用。

5l系列单片机提供如下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条工／O线；2个16b定期／计数器；5个2级中断源；1个全双向串行口以及时钟电路。

空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定期／计数器、串行口和中断系统继续工作。

掉电方式：保存RAM内容，振荡器停振，禁止芯片所有其她功能直到下一次硬件复位。

5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本解决办法。

充分运用她片内资源，即可在较少外围电路状况下构成功能完善超声波测距系统。

2.1.2 单片机实现测距原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射回波，从而测出发射和接受回波时间差tr，然后求出距离S＝Ct／2，式中C为超声波波速。

限制该系统最大可测距离存在4个因素：超声波幅度、反射质地、反射和入射声波之间夹角以及接受换能器敏捷度。

接受换能器对声波脉冲直接接受能力将决定最小可测距离。

为了增长所测量覆盖范畴、减小测量误差，可采用各种超声波换能器分别作为多路超声波发射／接受设计办法。

由于超声波属于声波范畴，其波速C 与温度关于。

2.2 超声波电路构造超声波接受电路2.3 超声波测距系统硬件电路设计本系统特点是运用单片机控制超声波发射和对超声波自发射至接受来回时间计时，单片机选用AT89C51，经济易用，且片内有4KROM，便于编程。

单片机发出40kHZ信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接受器将接受到超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波解决后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行鉴别、计算，得出距离数并送LED显示。

单片机硬件原理图 2.4 PCB版图设计：PCB版图（a）PCB版图（b）3 系统软件设计超声波测距仪软件设计重要由主程序、超声波发生子程序、超声波接受中断程序及显示子程序构成。

咱们懂得C语言程序有助于实现较复杂算法，汇编语言程序则具备较高效率且容易精细计算程序运营时间，而超声波测距仪程序既有较复杂计算（计算距离时），又规定精细计算程序运营时间（超声波测距时），因此控制程序可采用C语言编程。

3.1 超声波测距仪算法设计超声波测距原理为超声波发生器T在某一时刻发出一种超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接受器R所接受到。

这样只要计算出从发出超声波信号到接受到返回信号所用时间，就可算出超声波发生器与反射物体距离。

距离计算公式为：d=s/2=(c×t)/2 （1）其中，d为被测物与测距仪距离，s为声波来回路程，c为声速，t为声波来回所用时间。

在启动发射电路同步启动单片机内部定期器T0，运用定期器计数功能记录超声波发射时间和收到反射波时间。