单片机超声波测距.doc

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成绩

课程设计报告

题 目 基于单片机的超声波测距
课 程 名 称 单片机系统软件设计与开发
院 部 名 称 机电工程学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级 13电气工程及其自动化（单）
学 生 姓 名 杨秋平
学 号 1304201016
课程设计地点 工科楼 C304
课程设计学时 20
指 导 教 师 李国利

金陵科技学院教务处制
摘 要

超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以80C51单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。

关键词：80C51单片机；超声波测距

目 录

一 、概述…………………………………………………………………………3
二、总体设计方案及说明……………………………………………………………6
三 、系统硬件电路设计………………………………………………………………7
（1） 时钟模块……………………………………………………………7
（2） 超声波测距模块………………………………………………………7
（3） 警报电路模块…………………………………………………………8
（4） 距离显示模块 ………………………………………………………8
（5） 清零模块………………………………………………………………9
（6） 电路总体设计图…………………………………………………………9
四 、系统软件部分设计……………………………………………………………10
系统源程序………………………………………………………………10
五、系统仿真过程与结果……………………………………………………………14
六、系统实物制作与功能实现………………………………………………15
六 、总结……………………………………………………………………………19
七 、参考文献………………………………………………………………………20

一、概述
1.1单片机简介
单片机是单片微型计算机的简称，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
1.2 超声波测距原理 
常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s（不计介质温度变化对速度的影响），根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。  
如图2-1所示：   

式中:  L—两探头中心之间距离的一半；  
又知道超声波传播的距离为: 

式中:  v—超声波在介质中的传播速度；        
t—超声波从发射到接收所需要的时间；  

将式2-1、2-2、2-3联立 得： 
  其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,上式变为: 
  所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H.

二、 总体设计方案与说明
2.1：设计要求 
1、 以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 
2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 
3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 
4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 
5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。
2.2系统总体方案设计 
  本超声波测距系统由系统硬件电路及软件程序实现两部分构成。其中由以超声波测距模块、警报电路模块、距离显示模块、时钟模块、清零模块构成硬件系统。以STC89C52单片机为核心，通过按钮trig控制超声波测距模块发射超声波并接收回波，测算出前方障碍的距离，输入单片机进行运算，与预设报警距离比较后判断是否启动光报警装置。 
  根据系统功能要求及模块划分可绘制出系统硬件框图，如图2-2所示：
LM016L显示模块

时钟模块 8 警报电路模块
0
C
清零模块 5 超声波测距模块
1

三、系统硬件部分设计
（1）时钟模块

（2）超声波测距模块

以一个按钮代替
按下trig超声波开始测距，按的时间越短则距离越短，按的时间越长则距离越长。最长不可超过400cm，否则显示为000，且警报灯亮。

（3）警报电路模块

在测距超过400cm时，D1亮，表示超出有效测量范围。
（4）距离显示模块

显示超声波测距的距离。

（5）清零模块

\总体电路设计图

四、系统软件部分设计
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit rs=P2^7; //LCD数据命令选择端
sbit lcden=P2^5;//LCD使能端
sbit wr=P2^6;//LCD读写端
sbit trig=P3^7; //触发控制信号输入
sbit echo=P3^6; //回响信号输出
sbit out=P2^1; //距离超出报警
uchar code table[]=" distance:";//数组定义

void delay(uint z) //1ms延时
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}

void write_com(uchar com)//LCD写命令子程序
{
rs=0;
wr=0;
P0=com;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}

void write_date(uchar date)//LCD写数据子程序
{
rs=1;
wr=0;
P0=date;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}

void main()
{
uchar k,m;
long temp; //距离
TMOD=0x01; //设置定时器0为模式1
TH0=0x00; //定时器清零
TL0=0x00;//定时器清零
ET0=1; //开定时器0中断2
EA=1; //开总中断
wr=0;
lcden=0;
out=0; //关闭报警
write_com(0x38);
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
write_com(0x80);
for(k=0;k<13;k++)
{
write_date(table[k]);
delay(5);
}
write_com(0x80+0x40+9);//LCD位置定位
write_date('m');
write_date('m');//距离单位mm
while(1)
{
TH0=0x00;
TL0=0x00;
trig=1; //触发控制信号写入1
for(m=0;m<20;m++)//延时等待20us
_nop_();
trig=0;//触发控制信号写入0
while(!echo);//回响信号输出为0
TR0=1; //开启定时器0
while(echo);//等待回响信号
{
TR0=0; //关闭定时器
temp=TH0*256+TL0;//读出定时器0的时间
temp*=170; //距离 = 速度 * 时间 将temp转换成距离单位为 mm
temp/=1000;
}
if(temp<=400) //距离小于40cm时 显示当前距离
{
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 //当距离大于40cm时显示000 并且开启报警
{
out=1;
write_com(0x80+0x40+5);
write_date(0x30+0);
write_date(0x30+0);
write_date(0x30+0);
delay(1000);
}
}
}
void time() interrupt 1
{
TH0=0xfc;
TL0=0x18;
temp1++;
}

系统仿真过程与结果
仿真图
正常测距（距离小于400cm）

超出距离（距离大于400cm）
实物图：

实验过程：
（1） 距离小于400mm时，显示当前距离且蜂鸣器不发出声音

（2） 当距离大于400mm时显示000 并且开启报警

3、当测试距离为0时：显示000，并且报警(不在测量范围内)

六、总结
结论：本次超声波测距的有效测量范围为400cm以内，显示器显示测量距离；当测量距离超出400cm时，显示为“000”，并且警报灯亮。
心得与体会：做了几个星期的基于单片机超声波测距仪的实训项目终于完成了！虽然不是很顺利，很辛苦，但是看到我们自己做出的实验课题，自己就觉得值！都说付出就会有收获，经过几个星期的努力，我和我的小组成员带着好奇和兴奋顺利的做完了所有的步骤与程序。说真的，这几个星期我学到了好多好多，同时眼界也宽了好多好多的。
本次实验最大的难点就在于对程序的调试，虽然学过单片机的编程，不过还是出现了许多的错误，经过查找书籍和询问同学最终完成了程序的编写。然后带入仿真图进行调试，完善程序上的一些不足。 
这次的实物依旧是用开发板制作的，所以在实物方面还是比较熟练的，毕竟对于开发板还是比较熟悉的。
这次课程设计，能加强我们对于单片机一些软件的应用，以及对我们编写程序也有许多的好处，不至于以后对于编程一窍不通。也能锻炼我们的团队合作能力，毕竟对于我们而言，单独一个人是很难完成这个任务的，更多的还是要靠大家一起努力。对于以后的工作有很大的帮助。      
总之，“一份耕耘，一份收获”。通过我们自己的亲手操作，我们确实学到了许多东西。

七、 参考文献
  ① 谭浩强 .C程序设计（第三版）. 清华大学出版社 . 2010.02   
② 郭天祥 .新概念51单片机c语言教程 . 电子工业出版社 . 2009.01
③ 胡向东 .传感器与检测技术 . 机械工业出版社 . 2009.02.01
④ 向敏 .微控制其原理及应用 . 人民邮电出版社 . 2012.04.01

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