超声波测距仪

1、超声波测距尺,设计方案,图1.1 基于单片机的超声波测距系统框图,设计方案： 我们做的是基于单片机的超声波测距仪。用单片机控制超声波的发射、接受电路以及进行数据处理，再用LCD数码管进行数据的显示。操作者可以通过几个简单的按键完成测量方式的选择（实时监测、手动测量）。 由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，在由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)

2、，即：D=VT/2,其中，D为换能器与障碍物之间的距离，V为波声传播速度，T为超声波发射到返回的时间间距。 本次设计包含硬件设计与软件设计两部分，根据设计任务要求，采用STC89C52单片机，配置时钟电路，复位电路构成单片机最小系统，由模拟电路和数字电路构成超声波发射、接收模块,系统发出8个40khz超声波，超声波在空气传播，遇到障碍物返回，超声波接收头将声波转换成微弱的电信号（如图1.2中接收到的信号）经过接收电路放大接收到的微弱信号转换放大成方波（图1.2信号经过接收电路后的波形），发射与接收用去的时间即t=T1-T0,部分芯片介绍,STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机

3、，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的

4、Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C52芯片的管脚、引线与功能STC89C52芯片图如图2.1,图2.1STC89C52芯片图,压电传感器,压电型超声波传感器的工作原理：它是利用压电效应的原理，压电效应有逆效应和顺效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。所谓压电逆效应如图2-2所示，是在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。若在图a所示的已极化的压电陶瓷上施加如图b所示极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥，同时，外部负电荷与极化负电荷相斥。由于相斥的作用，压电陶瓷在厚度方向上缩短，在长度方向上伸长。若外部施加的极性变反，如图c所示那样，

5、压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上缩短,图1.2压电逆效应图,晶振电路设计,在最小系统中，采用的是最常用的内部时钟方式，一般情况下，单片机选用的是12MHz晶振（在此频率上，T1可以很容易的产生9600的波特率供串口使用）。再由两只瓷片电容构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。事实上对外接电容并没有严格的要求，典型值选用20PF-30PF的电容。本电路中使用2个20PF的电容，晶振选择为12MHZ,该电路的主要作用是为单片机提供工作时钟,LCD1602液晶显示器,1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VCC接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调

6、整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极,主程序流程图,软件分为两部分，主程序和中断服

7、务程序，如图3-1（a）（b） (c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作,主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P1清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约0.1 ms（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12 MHz的晶 振，计数器每计一个数就是1s，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取20时的声速为344 m/s 测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用C语言编写,超声波测距模块测试,为了验证系统的测量精度