【導(dǎo)讀】隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路芯片的飛速發(fā)展，超聲波測(cè)距技術(shù)日漸成熟，并且應(yīng)用廣泛，比如工業(yè)中的液位測(cè)量、倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人避障等方面。波測(cè)距結(jié)構(gòu)簡單，其造價(jià)較低，適用于工業(yè)領(lǐng)域。因此，超聲波測(cè)距方面的研究具。有一定的實(shí)際意義。本文詳細(xì)介紹了一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置。硬件的核心器件是單片機(jī)。軟件是基于C語言設(shè)計(jì)的，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，由主程序、延時(shí)子程序、計(jì)數(shù)子程序、計(jì)算子程序、顯示子程序等模塊組成。范圍是2cm-450cm，精度為1cm，可用于工業(yè)領(lǐng)域中的非接觸式測(cè)量。指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，了明確的說明并表示了謝意。在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 序，并經(jīng)過計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出超聲波模塊到被測(cè)物體之間 的距離；此后，主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示。當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過程完成后，按下 key2 之后，進(jìn)入下一次測(cè)距。如果由于被測(cè)物體過遠(yuǎn)，超出量程，則顯示“ ERROR”，按下 key2 之后重新回到主程序進(jìn)入新一輪測(cè)距。主程序 流程圖如圖 41 所示 ： 洛陽師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 41 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化，配置顯示模塊、定時(shí)器等 掃描是否有按鍵按下 Y 超聲波發(fā)送 8個(gè) 40KHZ方波，并等待回波 接收到回波， 1 Y 開計(jì)數(shù)器 T0， T0開始計(jì)數(shù) 標(biāo)志位 0，停止計(jì)數(shù)，關(guān)計(jì)數(shù)器 T0 調(diào)用時(shí)間 /距離轉(zhuǎn)換計(jì)算子程序 調(diào)用顯示子程序，顯示距離 N 調(diào)用顯示子程序，顯示“ ERROR” Y N 距離小于 450cm N Startflag置 1，單片機(jī)開始發(fā)送觸發(fā)信號(hào) 是否為 key1按下 Y N 關(guān)閉測(cè)距 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置 23 子程序流程 單片機(jī)的程序編寫，一般使用匯編語言和 C 語言，但是由于我本身對(duì)匯編語言的學(xué)習(xí)還不夠成熟，因此此次設(shè)計(jì)我選用的是 C 語言編寫程序。 C 語言同時(shí)結(jié)合了高級(jí)語言和匯編語言的功能，使用者便于學(xué)習(xí)，且語法簡單、運(yùn)算符豐富、功 能強(qiáng)大，同時(shí)還可以進(jìn)行模塊結(jié)構(gòu)化的編程，方便程序編寫。系統(tǒng)總的程序代碼詳見附件。 延時(shí)子程序 在主程序之前，先定義一個(gè)延時(shí)子程序，在主程序之中，要用到延時(shí)的話，就可以給延時(shí)子程序賦值，直接得到延時(shí)。延時(shí)子程序的程序代碼如下： void delay(uchar z) { uchar x,y。 for(x=z。x0。x) for(y=110。y0。y)。 } 這個(gè)延時(shí)子程序延時(shí)了 1ms，調(diào)用的過程中，延時(shí)時(shí)間 =賦值 1ms。但是本設(shè)計(jì)中在發(fā)射 20us 的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，也用到了延 時(shí)，把 tring 置 1，延時(shí) 20us，得到 20us 的高電平觸發(fā)信號(hào)，這個(gè)延時(shí)的代碼如下： void delay_20us() { uchar bt 。 for(bt=0。bt100。bt++)。 } T0 計(jì)數(shù)子程序 在主程序之前，對(duì)定時(shí)器 T0 進(jìn)行初始化，初始化的程序如下： void timer0 init(void) { TH0=0。 TL0=0。 TMOD=0X01。 TR0=0。 ET0=0。 EA=0。 洛陽師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 } 在這個(gè)初始化子程序中，定時(shí)器 T0 工作在工作方式 1，初始 化中對(duì) TR0 設(shè)置為 0，需要計(jì)數(shù)時(shí)，把 TR0 置 1，定時(shí)器 T0 就開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完畢后， TR0 再置 0，即關(guān)閉定時(shí)器 T0。 時(shí)間 /距離轉(zhuǎn)換計(jì)算子程序 設(shè)計(jì)中定時(shí)器 T0 記錄的是高電平的持續(xù)時(shí)間，要測(cè)量出距離，只有進(jìn)行時(shí)間 /距離轉(zhuǎn)換的計(jì)算程序，程序代碼如下 ： void convert(void) { dat=TH0。 dat=dat8。 dat=dat+TL0。 dat=dat/58。 } 因?yàn)槎〞r(shí)器 T0 工作在工作方式 1，是 16 位計(jì)數(shù)器，所以定義的 dat 也應(yīng)該是 16 位的，這樣就把 T0 的高低八 位分別傳給了 dat，然后利用公式：厘米 =us/58，就可以把 us的時(shí)間轉(zhuǎn)化為 cm的距離。 顯示子程序 把時(shí)間轉(zhuǎn)化為距離之后，最重要的就是顯示出距離，超聲波的最大測(cè)量距離為 450cm，所以分別設(shè)計(jì)顯示百位，十位和個(gè)位，顯示子程序的程序代碼如下： void lcdinit() { lcd_write(0x38)。//顯示模式設(shè)置 lcd_write(0x0c)。//光標(biāo)設(shè)置 lcd_write(0x06)。 lcd_write(0x01)。//清屏 lcd_write(0x80)。 } void lcd(uchar add,uint dat) { lcd_write(0x80+add)。 lcd_writedat(0x30+dat/100)。 //顯示百位 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置 25 lcd_writedat(0x30+dat%100/10)。//dat%100=45。//顯示十位 lcd_writedat(0x30+dat%10)。 //顯示個(gè)位 } 在 LCD1602 顯示之前，先要對(duì) 1602 進(jìn)行初始化設(shè)置，包括顯示模式設(shè)置、光標(biāo)設(shè)置及清屏的信息的設(shè)置，根據(jù) 1602 的工作原理 ， 00111000（ 0x38）是顯示模式設(shè)置；光標(biāo)設(shè)置中 0x0c 是打開 1602 但是不顯示光標(biāo)， 0x06 是設(shè)置當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一；清屏后不顯示任何信息。然后經(jīng)過時(shí)間 /距離轉(zhuǎn)化計(jì)算子程序之后，顯示距離的百位十位個(gè)位。 洛陽師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 5 章 編譯和調(diào)試 要使測(cè)距裝置正常運(yùn)行，不僅需要軟件的編譯和調(diào)試，還需 進(jìn)行硬件的調(diào)試，包括電路板的焊接和電路的調(diào)試。 根據(jù)測(cè)距裝置的硬件原理圖，進(jìn)行線路板的焊接，由于線路板上的元器件比較多，焊接完成后，一旦出現(xiàn)由于焊接 錯(cuò)誤的故障， 很難找到 故障點(diǎn) ， 因此焊接及其焊接的順序十分重要， 順序是 功能部件的焊接 調(diào)試 另一功能部件的焊接，這樣才容易找到問題 。如果 調(diào)試 時(shí) 出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查線路板上各引腳連接 是否正確，用萬用表檢查是否有虛焊、引腳短路的現(xiàn)象等。 單片機(jī)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多的硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)的和糾正的，但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障。編寫的軟件程序需要進(jìn)行編譯，沒有錯(cuò)誤的話， 把可執(zhí)行文件寫入單片機(jī)，進(jìn)行調(diào)試，才能保證硬件和軟件都正確，進(jìn)而 使系統(tǒng)正常運(yùn)行 。 編譯程序 ， 選用的是 keil 的編譯環(huán)境， keil C 編譯器是為單片機(jī) 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供的 C 語言環(huán)境編譯，同時(shí)還保留了匯編代碼高效、快速的特點(diǎn)，方便使用。在 keil 編譯器中為目標(biāo)文件“新建工程” ，之后會(huì)讓用戶選擇使用的單片機(jī)型號(hào)， 選擇的是 Atmel 的 AT89C51；然后為目標(biāo)文件設(shè)置 屬性，把晶振改為 使用的 12MHZ，同時(shí)要產(chǎn)生 .hex 文件；然后新建文件，寫進(jìn) 程序，并同時(shí)以后綴為 .c 保存，添加這個(gè)文件到工程；keil 工作的界面如圖 51 所示： 圖 51 keil 編譯器的工作界面 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置 27 最后點(diǎn)擊頁面左 上角的編譯按鈕，就會(huì)出現(xiàn)編譯結(jié)果，編譯的結(jié)果就是為了產(chǎn)生 .hex文件，以便 用燒寫器寫 進(jìn)單片機(jī) 中。編譯成功的結(jié)果如圖 52 所示： 圖 52 編譯結(jié)果圖 選用 superpro 的燒寫器燒寫程序， 燒寫程序 步驟如下： 1. 如上 所述 進(jìn)行編譯，程序編譯之后生成 .hex 文件。 2. 建立編程 器和 PC 機(jī)正確連接，將 AT89C51 的單片機(jī)放入編程器的插座中。顯示結(jié)果如圖 53 所示： 3. 通過“器件”選擇器件型號(hào)，然后點(diǎn)擊“文件”→裝入文件→選擇文件即 →打開 文件。 4. 在寫入 程序前需要對(duì)單片機(jī)芯片進(jìn)行擦除，點(diǎn)擊“ Erase”進(jìn)行擦除，擦除完畢后→點(diǎn)擊“ Program”進(jìn)行寫入，燒寫完成后→點(diǎn)擊“ Verify”進(jìn)行驗(yàn)證，成功寫入后將單片機(jī)芯片從編程器的插座上取下，即可插入電路板上使用。 5. 電路板上電，如果顯示正常數(shù)據(jù)，表明電路運(yùn)行正確。 圖 53 SUPERPRO 編程器 洛陽師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 第 6 章 工作總結(jié)和展望 該設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距裝置，可以實(shí)現(xiàn)一定距離范圍內(nèi)的非直接接觸測(cè)距，以 AT89C51為核心，結(jié)合超聲波模塊和顯示模塊，最終可以測(cè)量 2cm— 450cm 的范圍之 內(nèi)的距離，設(shè)計(jì)了兩個(gè)按鍵，按下 key1 就開始測(cè)量距離，按下 key2 就停止測(cè)量距離，在這兩個(gè)按鍵的控制下可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距的開和關(guān)。并且可以在顯示器件上直接顯示距離 L= CM，如果超出本次測(cè)量的最大量程，就在顯示器件上顯示“ error”的錯(cuò)誤提示信息，此時(shí)就必須選擇離被測(cè)物體更近一些測(cè)量，或者按下 key2 鍵之后，停止測(cè)量距離。 本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在某些特殊的場(chǎng)合，如工業(yè)控制，液位檢測(cè)，特別是現(xiàn)在比較先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)計(jì)，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行動(dòng)自如，是必須要實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人距離周圍物體的距離，而液位檢測(cè)中，由于環(huán)境的不允許，不可 能實(shí)現(xiàn)人為的監(jiān)測(cè)液位，這些控制中都需要一個(gè)非直接接觸的超聲波測(cè)距裝置，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)距離，而且這是一個(gè)較小模塊設(shè)計(jì)，可以與其他的大型設(shè)計(jì)兼容，只作為其他大型設(shè)計(jì)的測(cè)距部分，使用的當(dāng)下比較流行和廣泛使用的單片機(jī) AT89C51，可以很好的和其他設(shè)計(jì)兼容，因此應(yīng)用前景比較廣泛。 該設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中遇到了很多的困難和難以解決的問題，比如單片機(jī)模塊、超聲波模塊和顯示模塊的同步問題，還有 1602 的顯示問題等，但是遇到問題，通過到圖書館借閱相關(guān)書籍、到電子閱覽室查閱資料、向老師同學(xué)請(qǐng)教以及到網(wǎng)上查閱相關(guān)資料等各種途徑 ，這些問題都得到了很好的解決。對(duì)自身來說，不僅在查閱資料的同時(shí)擴(kuò)大了視野增長了見識(shí)，更重要的是學(xué)到了更多的知識(shí)，而且在眾多的難題面前百折不撓，鍛煉了意志力?？傮w來說，收獲了太多的東西，懂得了設(shè)計(jì)的艱辛與不易，更提高了自己各個(gè)方面的解決問題的能力和人際交往辦事能力。 但是由于時(shí)間及實(shí)驗(yàn)的可行性等原因，本設(shè)計(jì)還存在很多沒有實(shí)現(xiàn)的功能和很多的缺點(diǎn)： 1. 本設(shè)計(jì)的精確度還不夠高，可以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量量程還不夠大。 2. 設(shè)計(jì)的過程中沒有考慮超聲波模塊的溫度補(bǔ)償及錯(cuò)誤報(bào)警等設(shè)計(jì)。 總之，要繼續(xù)努力的改進(jìn)與添加設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn) 更多更完善的功能，使設(shè)計(jì)可以符合更多人、更多場(chǎng)合的使用。 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置 29 參考文獻(xiàn) [1] 張毅剛等 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].人民郵電出版社， 2020 [2] 周明德 .單片機(jī)原理與技術(shù) [M].人民郵電出版社， 2020 [3] 賴麒文 .8051 單片機(jī) C 語言徹底應(yīng)用 [M].科學(xué)出版社， 2020 [4] 張濤等 .快學(xué)易用 Protel 99[M].北京郵電出版社， 2020 [5] 譚浩強(qiáng) .C 語言程序設(shè)計(jì) [M].清華大學(xué)出版社， 2020 [6] 張謙琳 .超聲波檢測(cè)原理和方法 [M].中國科技大學(xué)出版社， 1993 [7] 戴先中 .微機(jī)硬件應(yīng)用實(shí)踐 — 原理與接口 [M].東南大學(xué)出版社， 1999 [8] 夏繼強(qiáng) .單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程 [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [9] 李廣第 .單片機(jī)基礎(chǔ) [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 1999 [10] 彭為 .單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [11] 王東峰 .單片機(jī) C 語言應(yīng)用 100 例 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [12] 鐘富昭 .8051 單片機(jī)典型模塊設(shè) 計(jì)與應(yīng)用 [M].人民郵電出版社， 2020 [13] 馬忠梅 .單 片機(jī) C 語言應(yīng)用程 序設(shè)計(jì) [M].北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [14] 李東升 .protel 99SE 電路設(shè) 計(jì)教程 [M].電子工業(yè)出版社， 2020 [15] 超聲波模塊 HYSRF05 使用手冊(cè)說明書 洛陽師范學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 致 謝 從選題到開題報(bào)告、撰寫論文等整個(gè)畢業(yè)設(shè) 計(jì)中，首先感謝 老師對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，指導(dǎo)確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的步驟；在設(shè)計(jì)過程中，不厭其煩的找我了解進(jìn)度并且指出設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)和不足，督促我的設(shè)計(jì)完成。從老師身上我學(xué)到了很多東西，比如作為老師對(duì)待學(xué)術(shù)知識(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和對(duì)待學(xué)生的不厭其煩的諄諄教誨，這些都在潛移默化中影響了我，對(duì)于我以后走上教師的工作崗 位的工作也有很大的幫助，使我受益匪淺。 此外，在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，還要感謝周圍同學(xué)對(duì)我的幫助，幫助我解決了很多設(shè)計(jì)中的難題和給我解答了很多的疑問，在此對(duì)大家一并表示感謝，謝謝大家對(duì)我的無私幫助。 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距裝置 31 附件 系統(tǒng)的程序代碼如下： include typedef unsigned char uchar。 typedef unsigned int uint。 sbit tring=P1^0。 sbit echo=P1^2。 sbit lcden=P3^4。 sbit lcdrs=P3^5。 sbit lcdwr=P3^6。 sbit key1=P1^1。//開測(cè)距 sbi