單片機超聲波測距

1、成績 課程設計報告 題 目 基于單片機的超聲波測距 課 程 名 稱 單片機系統(tǒng)軟件設計與開發(fā) 院 部 名 稱 機電工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 13電氣工程及其自動化（單） 學 生 姓 名 楊秋平 學 號 1304201016 課程設計地點 工科樓 C304 課程設計學時 20 指 導 教 師 李國利 金陵科技學院教務處制摘 要超聲波具有傳播距離遠、能量耗散少、指向性強等特點，在實際應用中常利用這些特點進行距離測量。超聲波測距具有非接觸式、測量快速、計算簡單、應用性強的特點，在汽車倒車雷達系統(tǒng)、液位測量等方面應用廣泛。本次課設利用超聲波傳播中距離與時間的關系為基本原理，以80C

2、51單片機為核心進行控制及數(shù)據(jù)處理，通過外圍電源、顯示、鍵盤、聲光報警等電路實現(xiàn)系統(tǒng)供電、測距顯示、報警值設置及報警提示的功能。軟件部分采用了模塊化的設計，由系統(tǒng)主程序及各功能部分的子程序組成。超聲波回波信號輸入單片機，經(jīng)單片機綜合分析處理后實現(xiàn)其預定功能。 關鍵詞：80C51單片機；超聲波測距 目 錄一 、概述3二、總體設計方案及說明6三 、系統(tǒng)硬件電路設計7 （1） 時鐘模塊7 （2） 超聲波測距模塊7 （3） 警報電路模塊8 （4） 距離顯示模塊 8 （5） 清零模塊9 （6） 電路總體設計圖9四 、系統(tǒng)軟件部分設計10 系統(tǒng)源程序10五、系統(tǒng)仿真過程與結(jié)果14六、系統(tǒng)實物制作與功能實現(xiàn)

3、15六 、總結(jié)19七 、參考文獻20一、概述1.1單片機簡介單片機是單片微型計算機的簡稱，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制

4、電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。1.2 超聲波測距原理 常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s（不計介質(zhì)溫度變化對速度的影響），根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。  如圖2-1所示：     

5、60;              式中:  L兩探頭中心之間距離的一半；  又知道超聲波傳播的距離為:  式中:  v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；         t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間；     將式2-1、2-2、2-3聯(lián)立 得：

6、0;  其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個常數(shù)(例如在溫度T=30度時,V=349m/s);當需要測量的距離H遠遠大于L時,上式變?yōu)?   所以,只要需要測量出超聲波傳播的時間t,就可以得出測量的距離H.2、 總體設計方案與說明2.1：設計要求 1、 以51系列單片機為核心，控制超聲波測距系統(tǒng)； 2、測量范圍為：2cm4m，測量精度：1cm； 3、通過鍵盤電路設置報警距離，測出的距離通過顯示電路顯示出來； 4、當所測距離小于報警距離時，聲光報警裝置報警加以提示； 5、設計出相應的電子電路和控制軟

7、件流程及源代碼，并制作實物。2.2系統(tǒng)總體方案設計   本超聲波測距系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件電路及軟件程序?qū)崿F(xiàn)兩部分構(gòu)成。其中由以超聲波測距模塊、警報電路模塊、距離顯示模塊、時鐘模塊、清零模塊構(gòu)成硬件系統(tǒng)。以STC89C52單片機為核心，通過按鈕trig控制超聲波測距模塊發(fā)射超聲波并接收回波，測算出前方障礙的距離，輸入單片機進行運算，與預設報警距離比較后判斷是否啟動光報警裝置。   根據(jù)系統(tǒng)功能要求及模塊劃分可繪制出系統(tǒng)硬件框圖，如圖2-2所示： LM016L顯示模塊 時鐘模塊 8 警報電路模塊 0 C 清零模塊 5 超聲波測距模塊 1三、系統(tǒng)

8、硬件部分設計（1）時鐘模塊（2）超聲波測距模塊以一個按鈕代替按下trig超聲波開始測距，按的時間越短則距離越短，按的時間越長則距離越長。最長不可超過400cm，否則顯示為000，且警報燈亮。（3）警報電路模塊在測距超過400cm時，D1亮，表示超出有效測量范圍。（4）距離顯示模塊顯示超聲波測距的距離。（5）清零模塊總體電路設計圖四、系統(tǒng)軟件部分設計#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P27; /LCD數(shù)據(jù)命令選擇端s

9、bit lcden=P25;/LCD使能端sbit wr=P26;/LCD讀寫端sbit trig=P37; /觸發(fā)控制信號輸入sbit echo=P36; /回響信號輸出sbit out=P21; /距離超出報警uchar code table=" distance:"/數(shù)組定義void delay(uint z) /1ms延時uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com)/LCD寫命令子程序rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5

10、);lcden=0;void write_date(uchar date)/LCD寫數(shù)據(jù)子程序rs=1;wr=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void main()uchar k,m;long temp; /距離TMOD=0x01; /設置定時器0為模式1TH0=0x00; /定時器清零TL0=0x00;/定時器清零ET0=1; /開定時器0中斷2EA=1; /開總中斷wr=0; lcden=0;out=0; /關閉報警write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x

11、01);write_com(0x80);for(k=0;k<13;k+)write_date(tablek);delay(5);write_com(0x80+0x40+9);/LCD位置定位write_date('m'); write_date('m');/距離單位mmwhile(1)TH0=0x00;TL0=0x00;trig=1; /觸發(fā)控制信號寫入1for(m=0;m<20;m+)/延時等待20us_nop_();trig=0;/觸發(fā)控制信號寫入0while(!echo);/回響信號輸出為0TR0=1; /開啟定時器0while(echo);/

12、等待回響信號TR0=0; /關閉定時器temp=TH0*256+TL0;/讀出定時器0的時間temp*=170; /距離 = 速度 * 時間 將temp轉(zhuǎn)換成距離單位為 mmtemp/=1000;if(temp<=400) /距離小于40cm時 顯示當前距離out=0;write_com(0x80+0x40+5);write_date(0x30+temp%1000/100);write_date(0x30+temp%100/10);write_date(0x30+temp%10);delay(1000);else /當距離大于40cm時顯示000 并且開啟報警out=1;write_co

13、m(0x80+0x40+5);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);delay(1000);void time() interrupt 1TH0=0xfc;TL0=0x18;temp1+;系統(tǒng)仿真過程與結(jié)果仿真圖正常測距（距離小于400cm） 超出距離（距離大于400cm） 實物圖： 實驗過程：（1） 距離小于400mm時，顯示當前距離且蜂鳴器不發(fā)出聲音（2） 當距離大于400mm時顯示000 并且開啟報警3、當測試距離為0時：顯示000，并且報警(不在測量范圍內(nèi)) 六、總結(jié)結(jié)論：本次超聲波測距的有效測量范圍為400c

14、m以內(nèi)，顯示器顯示測量距離；當測量距離超出400cm時，顯示為“000”，并且警報燈亮。心得與體會：做了幾個星期的基于單片機超聲波測距儀的實訓項目終于完成了！雖然不是很順利，很辛苦，但是看到我們自己做出的實驗課題，自己就覺得值！都說付出就會有收獲，經(jīng)過幾個星期的努力，我和我的小組成員帶著好奇和興奮順利的做完了所有的步驟與程序。說真的，這幾個星期我學到了好多好多，同時眼界也寬了好多好多的。本次實驗最大的難點就在于對程序的調(diào)試，雖然學過單片機的編程，不過還是出現(xiàn)了許多的錯誤，經(jīng)過查找書籍和詢問同學最終完成了程序的編寫。然后帶入仿真圖進行調(diào)試，完善程序上的一些不足。 這次的實物依舊是用開發(fā)板制作的，所以在實物方面還是比較熟練的，畢竟對于開發(fā)板還是比較熟悉的。這次課程設計，能加強我們對于單片機一些軟件的應用，以及對我們編寫程序也有許多的好處，不至于以后對于編程一竅不通。也能鍛煉我們的團隊合作能力，畢竟對于我們而言，單獨一個人是很難完成這個任務的，更多的還是要靠大家一起努力。對于以后的工作有很大的幫助。      總之，“一份耕耘，一份收獲”。通過我們自己的親手操作，我們確實學到了許多