廣東機電職業技術學院
企業專案
（設計報告）
題目：基於51微控制器的超聲波測距儀的設計
院( 系 ) 資訊工程學院
專業名稱計算機控制
班級學號控制0910 07091017
學生姓名梁榮林
指導教師張永亮
二零一一年六月
感測器技術是現代資訊科技的主要內容之一。資訊科技包括計算機技術、通訊技術和感測器技術，計算機技術相當於人的大腦，通訊相當於人的神經，而感測器就相當於人的感官。比如溫度感測器、光電感測器、濕度感測器、超聲波感測器、紅外感測器、壓力感測器等等，其中，超聲波感測器在測量方面有著廣泛、普遍的應用。
利用微控制器控制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於做到實時控制，並且測量精度較高。
超聲技術是一門以物理、電子、機械、及材料學為基礎的通用技術之一。超聲技術是通過超聲波產生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。
聲檢測技術是利用超聲波在媒質中的傳播特性（聲速、衰減、反射、聲阻抗等）來實現對非聲學量（如密度、濃度、強度、彈性、硬度、粘度、溫度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等）的測定。它的基本原理是基於超聲波在介質中傳播時遇到不同的介面，將產生反射，折射，繞射，衰減等現象，從而使傳播的聲時，振幅，波形，頻率等發生相應變化，測定這些規律的變化，便可得到材料的某些性質與內部構造情況。與傳統超聲技術完全不同，在不破壞媒質特性的情況下實現非接觸性測量，環境適應能力強，可實現**測量。
近二、三十年，特別是近十年來，由於電子技術及壓電陶瓷材料的發展，使超聲檢測技術得到了迅速的發展。在無損探傷，測溫，測距，流量測量，液體成分測量，岩體檢測等方面，新的超聲檢測儀表不斷出現，應用領域也不斷擴大。本文正是基於這一應用背景。
超聲波由於其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優點，而經常用於距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。超聲波測距主要應用於倒車雷達、建築施工工地以及一些工業現場，例如:液位、井深、管道長度等場合。
利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於做到實時控制，並且在測量精度方面能達到工業實用的要求，因此在測控系統的研製上也得到了廣泛的應用。本文介紹一種以stc at89c52微控制器為核心的低成本、高精度、微型化數字顯示超聲波測距儀的硬體電路設計方法。
超聲波測距是一種傳統而實用的非接觸測量方法和雷射，渦流和無線電測距方法相比，具有不受外界光及電磁場等因素的影響的優點，在比較惡劣的環境中也具有一定的適應能力，且結構簡單，成本低，因此在工業控制，建築測量，機械人定位等方面得到了廣泛的應用但由於超聲波傳播聲時難於精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測距系統在測量精度要求更高的場合下的應用。
目錄摘要 2
引言 3
第一章超聲波測距系統的概述 3
1.1 設計要求 3
1.2 設計方案論證 4
第二章系統硬體電路的設計 5
2.1 微控制器系統電路 5
1）片內資源 5
2）80c51的引腳封裝 6
3） 時鐘電路 6
2.2鍵盤及顯示電路 7
1) 鍵盤電路 7
2) 鍵盤的抖動干擾和消除方法 7
3) led 顯示器工作原理 8
2.3 超聲波發射電路 9
2.4 超聲波檢測接收電路 11
2.5 溫度測量電路 12
1) ds18b20引腳定義： 12
2) ds18b20的主要特性 12
3) ds18b20的指令操作 13
第三章系統程式的設計 14
3.1 超聲波測距器的演算法設計 14
3.2 主程式演算法設計 15
第四章做板、焊接及電路除錯 15
4.1 做電路板流程 16
1）pcb圖的製作 16
2）電路板的製作流程 17
4.2電路板的除錯 17
第五章過程總結 17
第六章附件及參考文獻 18
6.1 作品的程式** 18
6.3參考文獻 23
6.4 謝詞 23
超聲波測距系統主要應用於汽車的倒車雷達、機械人自動避障行走、建築施工工地以及一些工業現場例如：液位、井深、管道長度等場合。因此研究超聲波測距系統的原理有著很大的現實意義。
對本課題的研究與設計，還能進一步提高自己的電路設計水平，深入對微控制器的理解和應用。
本文對超聲波感測器測距的可能性進行了理論分析，利用模擬電子、數字電子、微機介面、超聲波換能器、以及超聲波在介質的傳播特性等知識，設計出了基於stc at89c52微控制器的超聲波測距儀的硬體電路，編寫了相應的軟體程式。最後，為了保證超聲波測距感測器的可靠性和穩定性，採取了相應的抗干擾措施。
本**主要從四部分來介紹設計內容:
第一部分為整個系統的概述,簡單介紹了超聲波的發展情況以及基本知識.
第二部分為系統硬體設計，主要介紹硬體用到的主晶元stc at89c52的功能、外部接有超聲波發射電路，超聲波接收電路，以及鍵盤和顯示部分，實現超聲波測距功能等,這一章對硬體電路的整體性描述,起到對電路的乙個整體性認識。
第三部分為系統軟體設計，主要有主程式流圖,顯示部分程式流圖介紹。
第四部簡單地對系統除錯進行了描述,同時對這次設計進行了總結.
利用超聲波換能器和微控制器設計一種非接觸式測距儀，該裝置的測量距離為4cm---4m，並且具有溫度補償、測量準確、效能可靠性等優點。
掌握超聲波感測器的工作原理並設計超聲波發射器與接收器的工作電路。
測量距離為4cm---4m，測量誤差≤1cm。
溫度補償範圍：-20 -- 100c。
實時顯示實測距離、溫度。
由於超聲波指向性強，能量消耗慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用於距離的測量。利用超聲波檢測距離設計比較方便，計算處理也比較簡單，並且在測量精度方面也能達到使用的要求。
超聲波發生器可以分為兩大類：一類是使用電氣方式產生超聲波；另一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括電壓型、電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。
它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面較為常用的是壓電式超聲波換能器。
根據設計要求並綜合各方面因素，本例決定採用at89c52微控制器作為主控器，用動態掃瞄法實現led數字顯示，超聲波驅動訊號用微控制器的定時器完成。超聲波測距器系統設計框圖如下：
圖1 測距儀的系統設計框圖
微控制器採用89c51或其相容系列。系統採用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩定的時鐘頻率，並減小測量誤差。微控制器用p1.
0埠控制輸出超聲波換能器所需的40khz方波訊號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回訊號。
·8位cpu
·4kbytes 程式儲存器(rom) (52為8k)
·256bytes的資料儲存器(ram)52有384bytes的ram）
·32條i/o口線·111條指令，大部分為單位元組指令
·21個專用暫存器
·2個可程式設計定時/計數器
·5個中斷源，2個優先順序 （52有6個）
·乙個全雙工序列通訊口
·外部資料儲存器定址空間為64kb
·外部程式儲存器定址空間為64kb
·邏輯操作位定址功能
·雙列直插40pindip封裝
·單一+5v電源供電
xtal1：接外部晶振和微調電容的一端，在微控制器內部，它是構成片內振盪器的反向放大器的輸入端。當採用外部振盪器時，該引腳接收振盪器的訊號，即把此訊號直接接到內部振盪器的輸入端。
xtal2：接外部晶振和微調電容的另一端，在微控制器內部，它是構成片內振盪器的反向放大器的輸出端。當採用外部振盪器時，此引腳應懸空。
在計算機控制系統中，除了與生產過程進行資訊傳遞的過程輸入輸出裝置以外，還有與操作人員進行資訊交換的常規輸入裝置和輸出裝置。鍵盤是一種最常用的輸入裝置,它是一組按鍵的集合，從功能上可分為數字鍵和功能鍵兩種，作用是輸入資料與命令，查詢和控制系統的工作狀態，實現簡單的人機對話。
鍵盤介面電路可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種型別。編碼鍵盤採用硬體編碼電路來實現鍵的編碼，每按下乙個鍵，鍵盤便能自動產生按鍵**。編碼鍵盤主要有bcd碼鍵盤、ascii碼鍵盤等型別。
非編碼鍵盤僅提供按鍵的通或斷狀態, 按鍵**的產生與識別由軟體完成。
由於機械觸點的彈性振動，按鍵在按下時不會馬上穩定地接通而在彈起時也不能一下子完全地斷開，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現一連串的抖動，這稱為按鍵的抖動干擾，其產生的波形如圖3所示，當按鍵按下時會產生前沿抖動，當按鍵彈起時會產生後沿抖動。這是所有機械觸點式按鍵在狀態輸出時的共性問題，抖動的時間長短取決於按鍵的機械特性與操作狀態，一般為10~100ms，此為鍵處理設計時要考慮的乙個重要引數。
課程設計報告 旋轉超聲波測距儀
大連民族學院機電資訊工程學院 自動化系 微控制器系統課程設計報告 設計完成日期 2013年 10月18日 目錄1任務分析和效能指標 1 1.1任務分析 1 1.2效能指標 1 2總體方案設計 1 3硬體設計與實現 3 3.1檢測電路 3 3.2顯示電路 3 3.3轉動電路 4 4軟體設計與實現 5 ...
超聲波測距儀的製作 常規器件
這裡介紹一款國外的不使用微控制器的超聲波測距儀。本超聲波測距儀通過測量超聲波發射到反射回來的時間差來測量與被測物體的距離。可以測量0.35 10m的距離。實物圖如下 原理圖如下 一 電路原理 1 超聲波發射電路 由兩塊555積體電路組成。ic1 555 組成超聲波脈衝訊號發生器，工作週期計算公式如下...
基於微控制器的超聲波測距儀
蒂for personal use only in study and research not for commercial use 膈for personal use only in study and research not for commercial use 莇前言肂隨著我國科學技術的迅...