【導(dǎo)讀】隨著電子計算機技術(shù)和集成電路芯片的飛速發(fā)展，超聲波測距技術(shù)日漸成熟，并且應(yīng)用廣泛，比如工業(yè)中的液位測量、倒車雷達、機器人避障等方面。波測距結(jié)構(gòu)簡單，其造價較低，適用于工業(yè)領(lǐng)域。因此，超聲波測距方面的研究具。有一定的實際意義。本文詳細介紹了一個基于單片機的超聲波測距裝置。硬件的核心器件是單片機。軟件是基于C語言設(shè)計的，采用模塊化的設(shè)計方法，由主程序、延時子程序、計數(shù)子程序、計算子程序、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)域中的非接觸式測量。指導(dǎo)下進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，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位論文的。涉密論文按學校規(guī)定處理。

　　

【正文】 序，并經(jīng)過計算子程序進行計算，計算出超聲波模塊到被測物體之間 的距離；此后，主程序調(diào)用顯示子程序進行顯示。當一次發(fā)射、接收、顯示的過程完成后，按下 key2 之后，進入下一次測距。如果由于被測物體過遠，超出量程，則顯示“ ERROR”，按下 key2 之后重新回到主程序進入新一輪測距。主程序 流程圖如圖 41 所示 ： 洛陽師范學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 41 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化，配置顯示模塊、定時器等 掃描是否有按鍵按下 Y 超聲波發(fā)送 8個 40KHZ方波，并等待回波 接收到回波， 1 Y 開計數(shù)器 T0， T0開始計數(shù) 標志位 0，停止計數(shù)，關(guān)計數(shù)器 T0 調(diào)用時間 /距離轉(zhuǎn)換計算子程序 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，單片機開始發(fā)送觸發(fā)信號 是否為 key1按下 Y N 關(guān)閉測距 基于單片機的超聲波測距裝置 23 子程序流程 單片機的程序編寫，一般使用匯編語言和 C 語言，但是由于我本身對匯編語言的學習還不夠成熟，因此此次設(shè)計我選用的是 C 語言編寫程序。 C 語言同時結(jié)合了高級語言和匯編語言的功能，使用者便于學習，且語法簡單、運算符豐富、功 能強大，同時還可以進行模塊結(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。 延時子程序 在主程序之前，先定義一個延時子程序，在主程序之中，要用到延時的話，就可以給延時子程序賦值，直接得到延時。延時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)。 } 這個延時子程序延時了 1ms，調(diào)用的過程中，延時時間 =賦值 1ms。但是本設(shè)計中在發(fā)射 20us 的觸發(fā)信號時，也用到了延 時，把 tring 置 1，延時 20us，得到 20us 的高電平觸發(fā)信號，這個延時的代碼如下： void delay_20us() { uchar bt 。 for(bt=0。bt100。bt++)。 } T0 計數(shù)子程序 在主程序之前，對定時器 T0 進行初始化，初始化的程序如下： void timer0 init(void) { TH0=0。 TL0=0。 TMOD=0X01。 TR0=0。 ET0=0。 EA=0。 洛陽師范學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 } 在這個初始化子程序中，定時器 T0 工作在工作方式 1，初始 化中對 TR0 設(shè)置為 0，需要計數(shù)時，把 TR0 置 1，定時器 T0 就開始計數(shù)，計數(shù)完畢后， TR0 再置 0，即關(guān)閉定時器 T0。 時間 /距離轉(zhuǎn)換計算子程序 設(shè)計中定時器 T0 記錄的是高電平的持續(xù)時間，要測量出距離，只有進行時間 /距離轉(zhuǎn)換的計算程序，程序代碼如下 ： void convert(void) { dat=TH0。 dat=dat8。 dat=dat+TL0。 dat=dat/58。 } 因為定時器 T0 工作在工作方式 1，是 16 位計數(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的時間轉(zhuǎn)化為 cm的距離。 顯示子程序 把時間轉(zhuǎn)化為距離之后，最重要的就是顯示出距離，超聲波的最大測量距離為 450cm，所以分別設(shè)計顯示百位，十位和個位，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 基于單片機的超聲波測距裝置 25 lcd_writedat(0x30+dat%100/10)。//dat%100=45。//顯示十位 lcd_writedat(0x30+dat%10)。 //顯示個位 } 在 LCD1602 顯示之前，先要對 1602 進行初始化設(shè)置，包括顯示模式設(shè)置、光標設(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；光標設(shè)置中 0x0c 是打開 1602 但是不顯示光標， 0x06 是設(shè)置當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一；清屏后不顯示任何信息。然后經(jīng)過時間 /距離轉(zhuǎn)化計算子程序之后，顯示距離的百位十位個位。 洛陽師范學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 26 第 5 章 編譯和調(diào)試 要使測距裝置正常運行，不僅需要軟件的編譯和調(diào)試，還需 進行硬件的調(diào)試，包括電路板的焊接和電路的調(diào)試。 根據(jù)測距裝置的硬件原理圖，進行線路板的焊接，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 錯誤的故障， 很難找到 故障點 ， 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 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。 單片機的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多的硬件錯誤是在軟件調(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)試以進一步排除故障。編寫的軟件程序需要進行編譯，沒有錯誤的話， 把可執(zhí)行文件寫入單片機，進行調(diào)試，才能保證硬件和軟件都正確，進而 使系統(tǒng)正常運行 。 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 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供的 C 語言環(huán)境編譯，同時還保留了匯編代碼高效、快速的特點，方便使用。在 keil 編譯器中為目標文件“新建工程” ，之后會讓用戶選擇使用的單片機型號， 選擇的是 Atmel 的 AT89C51；然后為目標文件設(shè)置 屬性，把晶振改為 使用的 12MHZ，同時要產(chǎn)生 .hex 文件；然后新建文件，寫進 程序，并同時以后綴為 .c 保存，添加這個文件到工程；keil 工作的界面如圖 51 所示： 圖 51 keil 編譯器的工作界面 基于單片機的超聲波測距裝置 27 最后點擊頁面左 上角的編譯按鈕，就會出現(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 進單片機 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 進行編譯，程序編譯之后生成 .hex 文件。 2. 建立編程 器和 PC 機正確連接，將 AT89C51 的單片機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，然后點擊“文件”→裝入文件→選擇文件即 →打開 文件。 4. 在寫入 程序前需要對單片機芯片進行擦除，點擊“ Erase”進行擦除，擦除完畢后→點擊“ Program”進行寫入，燒寫完成后→點擊“ Verify”進行驗證，成功寫入后將單片機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)，表明電路運行正確。 圖 53 SUPERPRO 編程器 洛陽師范學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 第 6 章 工作總結(jié)和展望 該設(shè)計的超聲波測距裝置，可以實現(xiàn)一定距離范圍內(nèi)的非直接接觸測距，以 AT89C51為核心，結(jié)合超聲波模塊和顯示模塊，最終可以測量 2cm— 450cm 的范圍之 內(nèi)的距離，設(shè)計了兩個按鍵，按下 key1 就開始測量距離，按下 key2 就停止測量距離，在這兩個按鍵的控制下可以實現(xiàn)測距的開和關(guān)。并且可以在顯示器件上直接顯示距離 L= CM，如果超出本次測量的最大量程，就在顯示器件上顯示“ error”的錯誤提示信息，此時就必須選擇離被測物體更近一些測量，或者按下 key2 鍵之后，停止測量距離。 本設(shè)計可以應(yīng)用在某些特殊的場合，如工業(yè)控制，液位檢測，特別是現(xiàn)在比較先進的機器人設(shè)計，要想實現(xiàn)機器人的行動自如，是必須要實時測量機器人距離周圍物體的距離，而液位檢測中，由于環(huán)境的不允許，不可 能實現(xiàn)人為的監(jiān)測液位，這些控制中都需要一個非直接接觸的超聲波測距裝置，用來實時監(jiān)測距離，而且這是一個較小模塊設(shè)計，可以與其他的大型設(shè)計兼容，只作為其他大型設(shè)計的測距部分，使用的當下比較流行和廣泛使用的單片機 AT89C51，可以很好的和其他設(shè)計兼容，因此應(yīng)用前景比較廣泛。 該設(shè)計在設(shè)計和實現(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、向老師同學請教以及到網(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。對自身來說，不僅在查閱資料的同時擴大了視野增長了見識，更重要的是學到了更多的知識，而且在眾多的難題面前百折不撓，鍛煉了意志力。總體來說，收獲了太多的東西，懂得了設(shè)計的艱辛與不易，更提高了自己各個方面的解決問題的能力和人際交往辦事能力。 但是由于時間及實驗的可行性等原因，本設(shè)計還存在很多沒有實現(xiàn)的功能和很多的缺點： 1. 本設(shè)計的精確度還不夠高，可以實現(xiàn)的測量量程還不夠大。 2. 設(shè)計的過程中沒有考慮超聲波模塊的溫度補償及錯誤報警等設(shè)計。 總之，要繼續(xù)努力的改進與添加設(shè)計，以實現(xiàn) 更多更完善的功能，使設(shè)計可以符合更多人、更多場合的使用。 基于單片機的超聲波測距裝置 29 參考文獻 [1] 張毅剛等 .單片機原理及接口技術(shù) [M].人民郵電出版社， 2020 [2] 周明德 .單片機原理與技術(shù) [M].人民郵電出版社， 2020 [3] 賴麒文 .8051 單片機 C 語言徹底應(yīng)用 [M].科學出版社， 2020 [4] 張濤等 .快學易用 Protel 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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。//開測距 sbi