微控制器超聲波
測距設計指導書
鄭洪慶編
電子與電氣工程系
2013-9
目錄1 設計任務與要求 1
1.1 設計專案 1
1.2 設計任務 1
1.3 效能指標 1
2 設計教學內容 1
3 提交成果形式 2
4 設計組織形式 2
5 設計步驟和要點 2
5.1 電路原理圖設計 （一周） 2
5.2 電路板焊接 （一周） 3
5.3 程式設計與除錯 （一周） 5
6 設計報告要求 5
7 考核及評分標準 5
附1 超聲波感測器工作原理 6
附2 微控制器最小系統設計 8
附3 keilc軟體的應用 10
附4 程式設計 13
基於微控制器的超聲波測距儀的設計
基於微控制器的超聲波測距儀的設計
本設計採用超聲波感測器，以微控制器為核心，實現非接觸式距離智慧型距離測量。顯示模組是乙個的數碼顯示；測量結果的顯示用到三位數字段碼，格式為 x 點 xx 公尺。
採用at89s52微控制器作處理器，工作電源：ac6v及電腦usb口兩種供電方式供電；超聲波測距範圍：40cm~550cm（盲區40cm），測量結果由三位數碼管直接顯示出來，當測量超過上限值收不到回波時顯示「ccc」，測量低於下限值40cm時顯示「---」。
模組上設有一輸出埠，用於輸出報警訊號，當測量結果小於設定的報警值時繼電器吸合。報警值可通過板上的兩個按鍵開關k1，k2設定，設定值範圍40cm~550cm（與測量上限值相配）。
（1）具有反射式超聲波測距功能，測距範圍：40cm到550cm；
（2）誤差：1%；
（3）距離顯示：用三位led數碼管進行顯示（單位是cm）。
（4）供電方式:6vac，或5伏電腦usb口供電。
（5）報警輸出：一路繼電器開關量輸出及一路聲響訊號輸出。
（6）測距儀具有溫度補償功能，並顯示當前溫度（該項內容選做）。
（7）其他創新設計
1、設計動員，下達任務書和指導書，課堂講解。
2、查閱資料、蒐集資料，擬定設計程式和進度計畫。
3、方案設計、電路焊接、程式編寫等。
4、整體除錯。
5、撰寫設計報告（設計說明書）
6、答辯考核
（1）超聲波測距實物；
（2）設計報告乙份。
學生每一人做同乙個設計題目，每人都必須獨立完成設計課題（包括設計電路、焊接電路、編寫程式、系統除錯等）。設計結束時每人都要進行答辯。
（1）查閱相關資料，進行總體設計。
由於買的是別人設計好的電路板，所以要求同學根據電路板（pcb圖），利用萬用表測量，並畫出原理圖。
（2）設計電路原理圖。
電路原理圖設計要符合專案的工作原理，連線要正確，埠要有標號。
圖中所使用的元器件要合理選用，電阻，電容等器件的引數要正確標明。原理圖要完整，cpu，外圍器件，擴器介面，輸入/輸出裝置，電源等要一應俱全。
（3）用protel畫出電路原理圖。
（4）用protel軟體自己重新設計pcb圖。
注：指導老師指導學生如何根據別人設計好的pcb圖畫出原理圖，最後根據用protel畫出原理圖、並設計出pcb圖。
（1）查詢相關資料，熟悉超聲波測距工作原理。
（2）電路板焊接
（3）電路板除錯
注：指導老師介紹基於微控制器超聲波測距的工作原理、指導學生焊接電路板、最後把燒好程式的微控制器給學生除錯電路板。
焊接前焊接後
（1) 根據要求，將總體功能分解成若干個子功能模組，每個功能模組完成乙個特定的功能。
（2) 根據總體要求及分解的功能模組，確定各功能模組之間的關係，設計直出完整的程式流程圖。
（3) 除錯設計的程式，編譯，排除語法錯誤，能生成hex檔案。
（4）將彙編後生成的hex檔案傳送到實驗裝置或proteus，執行該程式，檢查該程式、是否達到設計要求，若未達到，修改程式，直到達到要求為止。
注：指導老師指導學生程式設計並除錯（最好採用c語言程式設計）。指導老師不能一開始就把全部程式給學生，最好給出各個模組的程式。
比如數碼管顯示模組、蜂鳴器報警模組、繼電器輸出模組等。由於程式量比較大，要求學生充分利用課餘時間除錯。
設計報告是學生對設計全過程的系統總結，學生應按《閩南理工學院本科畢業設計（**）撰寫規範》格式編寫設計說明書。設計說明書需要學生做完三周設計後，獨立完成。
考核分三部分，一部分是出勤率，佔10%；第二部分是設計完成情況驗收成績，佔60%；第三部分為設計報告，佔30%。
設計評分基本標準如下表：
備註：成績等級：優（90分—100分）、良（80分—89分）、中（70分—79分）、及格（60分—69分）、60分以下為不及格。
超聲波是由機械振動產生的,可在不同介質中以不同的速度傳播。由於超聲波指向性強，能量消耗緩慢，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，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。
與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測物件顏色等影響。對於被測物處於黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環境下有一定的適應能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。
特別是應用於空氣測距，由於空氣中波速較慢，其回波訊號中包含的沿傳播方向上的結構資訊很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高;而且超聲波感測器具有結構簡單、體積小、訊號處理可靠等特點。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。
為了研究和利用超聲波，人們已經設計和製成了許多超聲波發生器。總體上講，超聲波發生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。
電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等; 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、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。
壓電型超聲波感測器的工作原理：它是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波感測器是可逆元件，超聲波傳送器就是利用壓電逆效應的原理。所謂壓電逆效應如圖2-2所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。
若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。由於相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。
圖2-2壓電逆效應圖
超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測範圍有限； 聲波幅值檢測法易受反射波的影響。
本測距系統採用超聲波渡越時間檢測法。其原理為: 檢測從超聲波發射器發出的超聲波，經氣體介質的傳播到接收器的時間，即渡越時間。
渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸的距離。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時微控制器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。再由單機計算出距離，送led數碼管顯示測量結果。
超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對應值如表2-1 ，根據計時器記錄的時間t (見圖2-1)，就可以計算出發射點距障礙物的距離( s ) ，即: s = v t / 2 。
表2-1 聲速與溫度的關係
圖2-1 超聲波測距時序圖
微控制器又稱單片微控制器， 是在一塊晶元中整合了cpu（ **處理器）、ram（ 資料儲存器）、rom（ 程式儲存器）、定時器/ 計數器和多種功能的i/o（ 輸入/ 輸出） 介面等一台計算機所需要的基本功能部件，從而可以完成複雜的運算、邏輯控制、通訊等功能。在這裡，我們沒必要去找到明確的概念來解析什麼是微控制器，特別在使用c 語言編寫程式的時，不用太多的去了解微控制器的內部結構以及執行原理等。從應用的角度來說，通過從簡單的程式入手，慢慢的熟悉然後逐步深入精通微控制器。
微控制器的最小系統就是讓微控制器能正常工作並發揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的微控制器可以工作的系統。對51 系列微控制器來說， 最小系統一般應該包括： 微控制器、時鐘電路、復位電路、輸入/ 輸出裝置等（見圖1）。
圖1 微控制器最小系統框圖
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...
52微控制器超聲波測距系統 30工作總結
本科畢業設計 工作總結 學院 機械與控制工程學院 課題名稱 超聲波測距系統 專業 方向 班級學生指導教師 日期 2013年5月5日 一開始從馬老師手中接過任務書之後，跟馬老師對畢業設計提出的任務書要求進行交流溝通，馬老師的詳細耐心解釋提出的要求具體對應的知識點，並給我指點 設計的方向跟大概方案的制定...
基於51微控制器的超聲波測距系統的設計
微控制器系統課程設計報告書 題目 基於51微控制器的超聲波測距系統設計 院系名稱 資訊工程學院 專業名稱 電子資訊工程 班級 資訊1201b 學號 12341301xx 姓名 x x 指導教師禹定臣 超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，它屬於機械波的範疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規...