基于AT89C51单片机的超声波测距仪超声波仪的软硬件设计
摘要：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率在20khz以上。由于其指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点，因此长用于测量距离。本文介绍了基于AT89C51单片机的超声波测距仪超声波仪的软硬件设计，硬件部分包括超声波发射电路，超声波接收电路，显示电路，温度检测电路，单片机控制电路等。而软件部分则包括发射子程序，接收子程序，显示子程序，键盘子程序等模块组成。同时也介绍了超声波测距的原理，以及其应用领域.
关键词：超声波；测距；温度补偿；单片机；led八段码显示
1 引言
由于超声波具有指向性好、能量损耗低、传播距离较远、不易受外界环境影响和对被测目标无损害等特点，利用超声波测量距离就可以解决传统测量方法中遇到的问题。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。
超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波发送到物体反射后接收到的传播时间，通过超声波在空气中的传播速度来用软件计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好，并且能够非常简单快捷的测出所需要的距离。
超声波测距适用于高精度的中长距离测量，超声波在空气中的传播速度约为340m/s，由单片机计时，单片机使用12.0MHz晶振，所以此系统的测量精度在理论上可以达到毫米级。本文设计的倒车雷达系统就是利用超声波的上述特性做到对倒车距离实时和高精度的检测，因此很多领域都能利用超声波的测量精度来做到精准测量，比如运用到倒车雷达中就能够对倒车距离实时和高精度的检测，同时此系统的成本非常的低廉，稳定性好,可以得到广泛的应.
2.超声波测距系统电路总体设计方案
超声波测距方法主要有三种：1）相位检测法：精度高，但检测范围有限；2）声波幅值检测法：易受反射波的影响；3）渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后求出距离l。设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c，则有l=ct/2。综合以上分析，本设计将采用渡越时间法。在51单片机在执行程序后由P1.6端口产生40kHz的脉冲信号通过74LS04电路进行放大并送到到超声波发射探头，产生超声波。在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断定时器，利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间。当接收回射的超声波时，接收电路的输出端产生负跳变输出到单片机产生中断申请，执行外部中断子程序计算距离。
结合各方面的因素考虑，依据设计的要求，查阅相关数据资料，选择了超40C16T/R-1压电超声波传感器（其中T表示超声波发射探头，R表示超声波接收探头），脉冲发射由单片机控制,发射频率为40KHz。而且,此超声波探头的工作频率范围为40.0±1.0KHz左右，完全能在40 kHz工作频率工作。
由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。根据对相关资料查阅，将两探头之间的距离定在5 cm～8 cm最为合适。
目录
1 引言……………………………………………………………………………………1
2 总体方案设计…………………………………………………………………………2
3 分电路设计和论证……………………………………………………………………3
3．1基本电路 ……………………………………………………………………3
3.1.1CPU电路及键盘电路………………………………………………………4
3.1.2显示电路…………………………………………………………………5
3.1.3复位电路…………………………………………………………………9
3.1.4超声波发射和接收电路………………………………………………12
3.1.5测温电路 ……………………………………………………………13
3．2超声波测距原理……………………………………………………………15
3．2.1测距传感器的选择……………………………………………………………15
3．2.2激光测距传感器……………………………………………………………15
3.2.2超声波的物理性质……………………………………………………………16
3.3.1超声波测距系统原理……………………………………………………………16
3.3.2超声波探头属性……………………………………………………………17
4 软件设计……………………………………………………………………………18
4.1系统程序的结构…………………………………………………………………………18
4.2 系统主程序……………………………………………………………………………18
4.3 40khz超声波发送子程序……………………………………………………………20
4.4距离计算子程序…………………………………………………………………………22
4.5 显示程序……………………………………………………………………………23
5 附录 …………………………………………………………………………………24
附录一 系统原理图……………………………………………………………………24
附录二 源程序 ……………………………………………………………………24
6参考文献……………………………………………………………………………25
参考文献
[1]、电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE 夏路易主编 北京希望电子出版社
[2]、智能仪器与采集系统中的新器件及应用 杨振江主编 西安电子科技大学出版社
[3]、现代传感器应用技术 王俊峰主编 机械工业出版社
[4]、检测技术与智能仪器 戚新波主编 电子工业出版社
[5]、传感器应用及电路设计 陈书旺主编 化学工业出版社
[6]、单片机C语言和汇编语言混合程序实例详解 杜树春主编 北京航空航天大学出版社
[7]、单片机外围器件实用手册 何立民主编 北京航空航天大学出版社
[8]、美国Motorola CMOS集成电路特性与应用手册 上海半导体器件研究所
www.bysj360.com www.bysj360.com/html/4592.html www.bysj360.com/html/4593.html www.bylw520.net www.bylw520.net/html/4770.html www.bylw520.net/html/4769.html
