【導讀】隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，各種各樣的水力工程紛紛開工上馬。水，工業(yè)設(shè)施用水和農(nóng)業(yè)水力灌溉。在各種大小水庫中，都有用于監(jiān)測庫容水面的儀。而水位監(jiān)控又是水力設(shè)施的重要組成部分，因此，設(shè)計好的、精確的超聲波測距。而這正是本設(shè)計的主要意義和應(yīng)用領(lǐng)域。測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法。整個電路采用模塊化設(shè)計，由主程序、預(yù)置子程。序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分。析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。展和升級，可以有效地解決汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控。

　　

【正文】 1() interrupt 3 { vout=!vout。 k++。 if(k=4) /*超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的一半） */ { k=0。 TR1=0。 ET1=0。 for(j=200。j0。j)。 /*1ms 延時避開盲區(qū) */ for(j=200。j0。j)。 for(j=200。j0。j)。 EX0=1。 /*開啟外部中斷 0*/ } 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 } 圖 定時中斷服務(wù)子程序流程圖 外部中斷的流程圖如 所示，部分源程序如下： /*外部中斷 0 程序 */ void PINT0() interrupt 0 { TR0=0。 TR1=0。 ET1=0。 EA=0。 EX0=0。 rec_flag=1。 /*接收成功標志位置 1*/ time=TH0。 返回 停止發(fā)射 發(fā)送超聲波 定時器初始化 定時中斷入口 發(fā)射是否完畢？ Y N 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 time=time*256+TL0。 time=time120。 /*補償軟件或硬件帶來的誤差 */ distance=time*。 } 圖 外部中斷服務(wù)子程序流程圖 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的 超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)外部中斷入口 關(guān)外部中斷 讀取時間值 計算距離 結(jié)果輸出 開外部中斷 返回 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 整與接收換能器并接的 CX20216A 芯片的參數(shù)，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 (1)定時器 T1 之所以是 65ms 溢出是因為它是 16位定時 /計數(shù)器 (65535)。在使用 12 MHz的晶振時，由于周期 T=1/f=1/[(12106) /12] =1μs，則一個機器周期是 1μs，計數(shù)器每 65 ms 計數(shù)器溢出。 (2)本設(shè)計中 40 kHz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實現(xiàn)：控制 口輸出 12μs的高電平，再輸出 13μs的低電平，這樣得到一個周期的 40 kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送 8次。 (3)在 CPU停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時間內(nèi)仍然會發(fā)送，故這段時間內(nèi)不可立即開啟 INT0 接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱為 “ 虛假反射波 ” 。從發(fā)射開始一直到 “ 虛假反射波 ” 結(jié)束這段時間，不開放 INT0 中斷申請，可有效躲避干擾，但也會造成測試的 “ 盲區(qū) ” 。本次設(shè)為 1 ms，假定溫度為 20℃ ，則測量盲區(qū)為 s=1103344/2≈ cm。 (4)最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量。一般來說，發(fā)射端脈沖個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠。但也不是無限制的，本次讀取定時器 T0的計數(shù)值，最大能測試的距離是 T0 尚沒溢出，故在溫度 20℃ 下，最大測試距離為 s=vt/2=65535344/(2106)=。在一些周期性發(fā)射超聲波設(shè)備中，如果要測試的最大 距離是 10 m， 則兩次脈沖群之間的最小時間為t=2s/v=210/344≈60ms。 本章小結(jié) 本章為本設(shè)計的軟件編程部分，給出了整個程序的思路以及程序流程圖。并在最后部分總結(jié)了可能引起誤差的一些方面，并給予了修正。超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C語言編程。 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 結(jié) 論 本課題介紹 了一種基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的原理和設(shè)計。給出了硬件和軟件的設(shè)計方案。 超聲波傳感器是本系統(tǒng)的核心器件，本論文詳細地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、檢測方式以及它的一些特性。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計測距電路。單片機是本系統(tǒng)的控制部分，采用 Atmel 公司生產(chǎn)的 AT89C51 芯片。驅(qū)動超聲波傳感器的 40kHz的方波信號，就是由單片機編程產(chǎn)生的。本系統(tǒng)的發(fā)射電路采用 74LC04 六反向器，通過它對單片機產(chǎn)生的方波信號進行放大，以驅(qū)動傳感器工作。接收電路采用的是 LM741，通過接收電路 對接收到的信號進行放大和整形，最終再輸出負脈沖給單片機響應(yīng)中斷程序。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是靜態(tài)掃描方式，并用單片機軟件譯碼。單片機內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號的產(chǎn)生、時間差的讀取、距離的計算以及顯示輸出的譯碼都由單片機編程完成。 本課題所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點。測距范圍從 20cm 到 200cm，測量精度在 177。10cm 內(nèi)。測距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動控制場合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學習中會進一步改進。 總體 來說，最重要的是在本課題的設(shè)計過程中我學到了很多知識，從中受益匪淺。了解了超聲波傳感器的原理，學會了各種放大電路的分析、設(shè)計，也掌握了單片機的開發(fā)過程和利用單片機設(shè)計電路的方法。對一塊電路板的設(shè)計、調(diào)試、改進等整個過程，有了更深入的理解和掌握。這些對我今后的學習和工作都會有很大幫助的。 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 參 考 文 獻 [1]李群芳，張士軍，黃建．單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第 3 版 )[M]．電子工業(yè)出版社， 2021． 02． [2]李全利．單片機原理及應(yīng)用技術(shù) [M]．北京：高等教育出版社， 2021． [3]沙愛軍．基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計 [J]．電子科技雜志， 2021． 22． [4]宋立中．基于單片機的超聲波測距儀 LED 顯示電路的設(shè)計 [J]．儀表技術(shù)雜志，2021． 4． [5]宋文緒，楊帆主編．傳感器與檢測技術(shù) [M]．高等教育出版社， 2021． 1． [6]曹茂永，王霞．超聲測距數(shù)字信號采集系統(tǒng) [J]．電測與儀表， 2021． 8． [7]傅豐林主編 ． 模擬電子線路基礎(chǔ) [M]．西安電子科技大學出版社， 2021． 1． [8]丁元杰主編．單片微機原理與應(yīng)用 [M]．機械工業(yè)出版社， 2021． 1． [9]張振榮等編． MCS－ 51單片機原理及實用技術(shù) [M]．人民郵電出版社， 2021． 8． [10]張和生，宋明耀．提高超聲測距精度得設(shè)計 [J]．電子產(chǎn)品世界， 2021． 7． [11]楊自棟．簡易超聲波測距儀的軟硬件設(shè)計 [J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程， 2021． [12]張毅剛．單片機原理及應(yīng)用 [M]．高等教育出版社． 2021． [13]高峰．單片微型計算機原理與接口技術(shù) [M]．科學出版社． 2021． [14]韓贊東．超聲定位技術(shù)在汽車安全預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]．測控技術(shù)， 2021． [15]付家才．單片機控制工 程實踐技術(shù) [M]．北京：化學工工業(yè)出版社， 2021． [16]Peter Hauptmann， Ralf Lucklum， Bernd Henning． Ultrasonic Sensors for Process Control[J]． Sensors Update． 1998， 3． [17]J． Otto． Sensors for Distance Measurement and Their Applications in Automobiles[J]． Sensors Update． 2021， 10． [18]D． Pearl mutter， Eerily， Y． Etzion， I． A． Meir， H． Di． Refine the use of the evaporation in an experimental downdraft cool tower[J]， Energys． 1995． [19]Yusuke Moritake， Hiroomi Hikawa． Category Recognition System Using Two Ultrasonic Sensors and Combinational Logic Circuit[J]． Electronics and Communications in Japan． 2021， 88． [20]Yoshioka． Developing Robots for Fire Fightingthe Japanese Experience[J]． FireInternational． Dec． 1991： 131132． 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 附錄 A 程序清單 /**************************************************************** Title: 超聲波測距系統(tǒng) Mcu: AT89S52 Oscillator: 12M *****************************************************************/ include /*頭文件 */ include define uchar unsigned char /*縮定義 */ define uint unsigned int define nop() _nop_() /*定義空操作指令 */ define sled_dm_port P0 /*定義數(shù)碼管段碼控制端口 */ define sled_wm_port P1 /*定義數(shù)碼管位碼控制端口 */ 附錄 B 硬件原理圖 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 附錄 C 超聲波測距 PCB 版封裝圖 北華大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 致 謝 首先，我要感謝我的導師賈雁飛老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導和嚴格要求。在我畢業(yè)論文寫作期間，賈雁飛老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導和日常生活上的關(guān)懷，沒有您這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此 機會，向您表示由衷的感激。同時還要感謝院系實驗室在畢業(yè)設(shè)計期間提供給我們優(yōu)越的實驗條件。 接著，我要感謝我的同學。在畢業(yè)設(shè)計的短短 3個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝謝你們。同時，我還要感謝我的寢室同學和身邊的朋友，正是在這樣一個團結(jié)友愛，相互促進的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學習上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順 利的完成大學學習。 還有許許多多給予我學業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！