超声波探测头
发射波 反射波 S=1/2vt
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被测物体
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3 系统硬件设计
1 超声波发射电路
超声波发射电路由74LS04和超声波探头组成。超声波将电信号转换为 机械波发射出去，而单片机所产生的40 kHz的方波脉冲需要进行放大才能 将超声波探头驱动将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号 的放大电路，本设计选用74LS04芯片进行信号放大。
而超声波测距仪工作在实际环境中时，会受到各种各样的因素影响，这 是不可避免的。所以超声波测距仪的功能也会或多或少的被影响，超声波测 距仪的精度可能就会降低。因为超声波的传播速度和外界温度有很大的关系， 如果外界温度没有很大的改变时，对超声波传播速度的影响就可以被忽略， 但是如果对测量的距离要求很高时，那就不能忽略温度的变化，需要适当地 对超声波测距仪进行温度补偿。
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系统软件设计
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2
超声波中断程序
根据前面对超声接收电路的分析，在接收到超声波的回波信 号以后，超声波接收器会发出低电平信号送到单片机的P3.2引 脚，使单片机系统发生中断，则系统进入中断处理程序。进入 中断处理程序后，计数器、外部中断0立刻被关闭，此时读取时 间值，回波接收的标志位被置0，即已经接收到回波信号。
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系统软件设计
4
1
主程序
主程序首先完成单片机系统程序的初始化，把超声波的接收 标志位设置为1，控制单片机系统，使其P3.6端口输出一个低电 平，此时超声波发射器被启动，同时启动计数器，然后调用用 来测量距离的子程序，再根据计数器显示的时间，来计算所需 要测定的距离，然后再使用显示子程序，将测定的距离送到LED 数码管显示，同时调用声音处理程序来控制蜂鸣器报警装置， 接着主程序完成对超声波信号的接收以及后面的程序，如果接 收标志位被置0，则认为是接收到了回波信号，完成一次操作。 主程序就这样连续地运行，循环不断地工作来实现超声波测距。
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系统软件设计
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蜂鸣器报警设计
在本设计中，利用的是单片机P1.0引脚来产生不同频率的 方波来控制蜂鸣器产生不同频率的“滴滴”声，且是在被测物 体距离越近鸣叫频率越低。
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实验结果与分析
其次要感谢我们班的同学，谢谢你们陪伴了我四年的时光， 相信我们的友谊一定会地久天长。
最后要感谢我的母校潍坊医学院，是你给我提供了平台，让 我提高自己，更加充实自己。
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THANK YOU
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Q4
R4 1K
P1 .3
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3 系统硬件设计
4 蜂鸣器报警装置
蜂鸣器报警设计的基本思路为：当单片机对超声波测距仪进行控制， 因为测量的距离不同，当蜂鸣器检测到单片机发出的不同频率，就能发出 不一样的声音来报警。
D1 Q1
R1
PN P
1k
VCC
P1 .4
图9 报警模块设计图
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6 致 谢
在论文完成之际，我要对四年来帮助我的老师和同学们真诚 的说声感谢！
首先要感谢在本次毕业设计中给予我帮助和指导的导师赵仁 宏教授，在整个做毕业设计的各个阶段，不管是查阅相关资料， 还是设计系统的方案的修改和确定，以及中期检查和详细的设计 思路，赵老师都给了我悉心的指导。
基于51单片机的超声波 测距仪
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m
目录 content
医学院 medical university
研究背景 超声波测距仪的测距原理
系统硬件设计 系统软件设计 实验结果与分析
致谢
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随着科学技术的快速发展，超声 1 波测距仪的应用越来越广泛。但就目
前的技术水平来说，超声波测距技术 还有很大的发展空间。
现如今在超声波测距方面，单片 2 机的使用正在成为主流。利用单片机
控制超声波检测往往比较迅速、方便、 计算简单、易于控制，并且测量精度 较高。
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超声波测距仪的测距原理
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超声波测距的方法有多种，如声波幅值检测法、相位检测法以及渡越 时间法等。本实验采用渡越时间法来进行测距，测距原理如下图所示，超 声波被发射器发出后，在空气中进行传播，直到遇到被测物体后被反射回 去，而反射回去的超声波被接收器接收，再用计数器测得超声波从发射到 接收所利用的时间t。超声波在空气中的传播速度为v是已知的,所以可以计 算出被测物体的距离。
1 2 3 4 5 6 7 8
C X2 010 6A
SP EA KE R
R1 1K
C3 47 C1 0.04 7uF
C2 47
R2
R3
1K
C4 1K
0.01 uF
P0 .0
V CC
C4 0.01 uF C8 0.01 uF
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3 系统硬件设计
图6 超声波发射电路图
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3 系统硬件设计
2 超声波接收电路
超声波接收电路主要是由集成电路CX20106A芯片电路构成的， CX20106A芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检 波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单 片机去请求中断，当即单片机停止计数，并开始进行数据的处理。
共阳
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a DPY
b
a
cf g b d
ee
c
f
d
g
dp
DP
DPY a
fபைடு நூலகம்
b
g
e
c
d
dp
DPY a
f
b
g
e
c
d
dp
DPY a
f
b
g
e
c
d
dp
C OM 9
C OM 9
C OM 9
C OM 9
Q1
R1 1K
V CC
P1 .0
Q2
R2 1K
P1 .1
Q3
R3 1K
P1 .2
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本设计详细介绍了超声波测距仪的硬件和软件设计。在超声波测距仪的 硬件系统设计完成后，便可进行功能调试，调试成功后，将编译完成的C语言 程序，下载到单片机里继续后面的操作，以便完成超声波测距仪的测距功能。 特殊情况下可以按照实际的情形要求对超声波测距仪进行适当调整，以适应 不同的测距情况。在通过对系统的多次调试优化后，超声波测距仪可以完成 预期的测距效果。
3 超声波显示电路
超声波的显示电路选用共阳极的LED数码管。然后通过单片机的相关
引脚对LED数码管进行控制，运用P0口，来输出LED数码管的段码，运用
P2口来操作LED数码管，来显示此时的距离。为了保证测距精度，减少购
买硬件的成本，本设计用到了动态扫描方式，来完成LED数码管的显示要
求。
P2 .0 P2 .1 P2 .2 P2 .3 P2 .4 P2 .5 P2 .6 P2 .7
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系统软件设计
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3 计算和显示距离设计
当主程序把超声波信号送给超声波发射装置的同时，这时计 数器立刻开始计数。当回波被检测到时，接收装置就会发出显 示回波接收的具体信号，我们设定为低电平信号，此时马上停 止计数，计数器上会有一个实时的数值，然后距离值就可根据 计算得出。