【正文】 產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在單片機的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷 4 服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離，結(jié)果輸出給 LED顯示。其系統(tǒng)框圖如圖 21所示。 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng) 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)，是利用單片機編程產(chǎn)生頻率為 40kHz 的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。因此研究超聲波測距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實意義。利用單片機控 制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且測量精度較高。信息技術(shù)包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計算機技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。 Range finding。 Key Words: Ultrasonic wave。 This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter AT89S51 of Atmel Company ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89S51 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。該系統(tǒng)電路設(shè)計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求。基于 AT89S51 單片機 的 超聲波測距 系統(tǒng) 設(shè)計 摘 要 超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點，所以，在利用傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。 本課題詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，以及 Atmel公司的 AT89S51單片機的性能和特點，并在分析了超聲波測距的原理的基礎(chǔ)上，指出了設(shè)計測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題，給出了以 AT89S51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法。 關(guān)鍵詞 ： 超聲波 單片機 測距 AT89S51 1 Abstract Ultrasonic wave has strong pointing to nature ,slowly energy consumption ,propagating distance farther ,so, in utilizing the scheme of distance finding that sensor technology and automatic control technology bine together ,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present ,it applies to guard against theft , move backward the radar , water level measuring , building construction site and some industrial scenes extensively。s practical demand in measuring the precision 。 Onechip puter。 AT89S51 2 目 錄 ABSTRACT .............................................................................. 1 第 1 章 緒論 ........................................................................... 3 課題背景，目的和意義 .............................................................. 3 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng) ......................................................... 3 課題主要內(nèi)容 ....................................................................... 4 第 2 章 超聲波測距原理概述 ............................................................. 5 超聲波傳感器 ....................................................................... 6 超聲波發(fā)生器 .................................................................... 6 壓電式超聲波發(fā)生器原理 .......................................................... 6 單片機超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成 ........................................................ 7 第 3 章 設(shè)計方案 ....................................................................... 8 AT89S51 單片機 ..................................................................... 8 超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成 ............................................................... 11 超聲波測距單片機系統(tǒng) ........................................................... 12 超聲波發(fā)射、接收電路 ........................................................... 12 顯示電路 ........................................................................ 14 供電電路 ....................................................................... 14 報警輸出電路 .................................................................... 15 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .................................................................. 16 主程序設(shè)計 ....................................................................... 16 超聲波測距程序流程圖 ............................................................. 20 超聲波測距程子序流程圖 ........................................................... 21 第 5 章 調(diào)試及性能分析 ................................................................ 21 調(diào)試步驟 .......................................................................... 21 性能分析 ......................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................. 22 附錄一：基于 AT89S51 單片機超聲波測距系統(tǒng)電原理圖 ...................................... 24 附錄二 基于 AT89S51 單片機超聲波測距系統(tǒng) PCB 圖 ......................................... 25 附錄三 基于 AT89S51 單片機超聲波測距系統(tǒng)焊接組裝圖 ..................................... 26 附錄四 基于 AT89S51 單片機超聲波測距系統(tǒng) C 語言原程序 ................................... 27 附錄五 元件清單 ...................................................................... 41 3 第 1 章 緒論 課題背景，目的和意義 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，其中，超聲波傳感器在測量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。 超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場例如：液位、井深、管道長度等場合。對本課題的研究與設(shè)計，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計水平，深入對單片機的理解和應(yīng)用。超聲波波經(jīng)反 射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機中斷口。 圖 11 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)框圖 這種以單片機為核心的超聲波測距系統(tǒng)通過單片機記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 利用單片機準(zhǔn)確計時，測距精度高，而且單片機控制方便，計算簡單。 課題主要內(nèi)容 通過上節(jié)介紹我們知道，以單片機為核心的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計簡單、方便，而且測精度能達(dá)到工業(yè)要求。 通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，單片機在發(fā)射時刻同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即反射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。 本系統(tǒng)利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時。當(dāng)收到超聲波的反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變， 單片機檢測到這 個負(fù)跳變 信號后，停止內(nèi)部計時器記時 ，讀取時間，計算距離 ,測量 結(jié)果輸出給 LED顯示。 5 第 2 章 超聲波測距原理概述 超聲波是由機械振動產(chǎn)生的 ,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高 。利用超聲波檢測往往比較迅 速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限 。 本 測距系統(tǒng) 采用超聲波渡越時間檢測法。渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。 再由單機計算出距離，送 LED數(shù) 碼管顯示測量結(jié)果。 表 21 聲速與溫度的關(guān)系 溫度 (℃ ) － 30 － 20 － 10 0 10 20 30 100 聲速 (m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386 6 圖 21 超聲波測距 時序圖 超聲波傳感器 超 聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等 。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是 利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)