超声波测距仪单片机课设实验报告.docx
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超声波测距仪单片机课设实验报告
超声波测距仪单片机课设实验报告
微机原理与单片机系统课程设计
评语：
考勤
10分
fj守纪
10分
过程3（
分
）设计报
告30分
艮答辩2
分
0总成绩
（100分）
专业：
轨道交通信号与控制
班级：
交控1305
姓名：
贺云鹏
学号：
201310104
指导教师：
李建国
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2015年12月30日
超声波测距仪设计
1设计说明
1.1设计目的
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。
超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。
超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。
超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响，广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域。
1.2设计方法
本课题包括数据测距模块、显示模块。
测距模块包括一个HC-SR04超声波测距模块和一片AT89C51单片机，该设计选用HC-SR04超声波测距模块，通过HC-SR04发射和接受超声波，使用AT89C51单片机对超声波进行计时并根据超声波在空气中速度为340米每秒的特性计算出距离。
显示模块包括一个4位共阳极LED数码管和AT89C51单片机，由AT89C51单片机控制数码管动态显示距离。
1.3设计要求
采用单片机为核心部件，选用超声波模组，实现对距离的测量，测量距离能够通过显示输出（LED,LCD）O
2设计方案及原理
2.1超声波测距模块设计
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm勺非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。
模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
当提供一个10uS以上正脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。
一旦检测到有回波信号则输出回响信号。
回响信号勺脉冲宽度与所测勺距离成正比。
由此通过发射信号到收到勺回响信号时间间隔可以计算得到距离
由以上信息，在设计时选用两个定时器，定时器1用来定时800ms,当产生中断时，启动HC-SR04超声波测距模块，即给其TRIG（发射）口送一个持续20ms的正脉冲，定时器0用来对超声波传递时间进行计时，即当ECHO（回波）口为高电平时启动计时，当ECHO口变为低电平时关闭计时。
再根据超声波在空气中的传播速度为340米每秒，通过AT89C51计算出距离，当距离超过400cmfl寸，显示8888，表示超出工作距离。
2.2LED显示模块设计
将算得的距离通过一个4位LED数码管采用动态扫描进行显示。
2.3其他功能的设计
考虑到实际的需求，本设计还应增加以下功能：
1、增加一个指示灯。
当ECHO（回波）口为高电平时，即超声波信号在空气中传播时，指示灯点亮。
当数码管不能正常点亮时，若指示灯正常指示，则说明LED显示模块发生故障；若指示灯不能正常点亮，则说明超声波测距模块发生故障。
2、增加一个锁存按钮。
由于设计时我们设计的为每800ms超声波测距模块启动一次，由于定时器会产生误差，造成测得距离不断变化，增加一个锁存按钮，当确定显示结果稳定时，按下按钮时，关闭超声波测距模块，可以使结果清楚显示。
3、增加一个待机按钮。
当按下锁存按钮后，再按下待机按钮，这时关闭LED显示，若再打开待机按钮，这时LED启动工作，显示的数值为上一次被测距离。
2.4设计成本及定价
成本：
1、HC-SR04超声波测距模块1个3.3元
2、AT89C51单片机1个2.5元
3、四位LED数码管1个1.5元
4、晶振1个0.17元
5、电路板1个0.57元
6、其他开关、电阻及电容总计0.5元
总计：
8.54元
市场平均价格：
12元
预计疋价：
10元
利润：
1.46元
3硬件设计
此系统的硬件设计主要包括HC-SR04超声波测距模块、AT89C51单片机、4位LED显示模块，并连入指示灯、待机开关和锁存开关。
仿真时，将HC-SR04超声波测距模块用一个555延时电路来代替即可，其中调节改变滑动变阻器的阻值可以模拟被测物体距离的变化。
实验仿真电路图如图1所示。
图1设计硬件电路图
4软件设计
此系统的软件设计主要包括超声波测距模块设计、LED显示模块设计、和
其他拓展模块。
采用定时器1每800ms发射一个脉冲信号启动超声波测距模块，采用定时器0计算超声波传播时间，并通过一个计算函数算得距离，然后送LED显示屏进行动态扫描并显示结果。
4.1程序流程图
主程序流程图如图
2所示。
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X：
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关眈时器和LED
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定时器A
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灯
图2程序流程图
4.2程序
基于AT89C51单片机的超声波测距源程序见附录
5系统仿真及调试结果
基于AT89C51单片机的超声波测距仿真结果见附录二。
基于AT89C51单片机的超声波测距调试结果如图3所示。
Buildtarget'Target1*
Linking...
ProgramSize:
data=33.1xdata=0code=1678creatinghe囂filefrom"ZUIHOU".++
"ZUIHOU"-0Error（s）,0Warning（s）.
\BuildCornrnandFindinFilesf
图3系统程序调试结果
6总结
本设计通过对超声波测距的研究，与单片机结合，实现了超声波测距的目标，并增加了数据锁存、指示灯和待机的功能。
仿真时由于软件中没有HC-SR04
模块，因此用555延时电路来代替。
通过这次课程设计，我加深了对单片机的理解，也为以后更好的运用打下了基础。
最后要感谢李老师的指导，在李老师的耐心解答下，我受益匪浅。
参考文献
[1]李积英.数字电子技术.中国电力出版社,2011
[2]深圳市捷什科技有限公司.HC-SR04超声波测距模块说明书.
[3]彭江.单片机原理及接口技术的开发[J].软件导刊,2011,12（8）:
66-70.
[4]
王思明.张金敏.苟军年.张鑫.杨乔礼.单片机原理及应用系统设计.科学出版社.2012
附录一：
实验源程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint
#defineLED_portP0
#defineLED_posP1sbitqq=P2八6;
sbitsuocun=P2A1;sbitRX=P"4;
sbitTX=P1A5;
sbitD1=P3A7;uinttime=0;
uinttimer=0;
//用于LED段选
//用于LED位选//待机按钮//锁存结果//回波//送波
//接收指示灯//定时器0时间//定时器1时间
unsignedlongS=0;//用于显示最后计算得到的距离
unsignedlongW[2]={0,0};//用于比较两次测算距离大小
bitflag=0;
ucharvalue[4];
//定时器0中断溢出标志位
ucharcodeLED_seg[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//数码管段选
ucharcodepos[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};//
数码管位选
voidDelay（uchart）//延时函数{
uchari,j,k;
for（i=0;ifor（k=0;k<20;k++）;}
f*******************************************************
voidzd3（）interrupt3块
{
voidDisplay（ucharvalue[]）//数码管显示{
uchari;for（i=0;i<4;i++）
{
LED_pos=pos[i];
LED_port=LED_seg[value[i]];
Delay
（1）;
}
}
f********************************************************f
//T1中断用来扫描数码管和计800MS启动模
//这是计时器1中断
脉冲，故屏蔽此句
TX=1;
}
}
/********************************************************/
voidzd0（）interrupt1//T0中断用来计数器溢出
{
flag=1;//中断溢出标志
}
/********************************************************/
voidCount（void）//计算程序
{
time=TH0*256+TL0;//这是最后算到的时间，往返时间，但应该再
乘以12/11.0593M是一个机器周期，时间应该是time*12/11.059
TH0=0;//定时器0的初始值为0
TL0=0;
S=（time*1.845）/10;//算出来是mm，time*12*170/（11.0592*1000）mm=time*（1845/10000）mm
W[0]=S;
if（（（W[0]-W[1]）八2）v=100）//进行校正，若两次结果相差小于10mm，则采用前一次结果
S=W[1];
else
W[1]=S;
if（S>=4000）//最大距离4m,艮卩4000mm
S=8888;
if（flag==1）//判断是否溢出
{
S=8888;
flag=0;
TH0=0;
TL0=0;
}
}
voidmain（void）
//设T0为方式1，T1为方式1
//中断0初始化
{
TMOD=0x11;
TH0=0;
TL0=0;
//中断1初始化
TH1=0XF8;
TL1=0X30;
ET0=1;
ET1=1;
TR1=1;qq=1;suocun=0;
EA=1;while
（1）{while（!
RX）TX=1;TR0=1;
//允许T0中断
;II当RX为零时等待，即echo为低电平
D1=1;
//开启计数
while（RX）;
II当RX为1计数并等待
TR0=0;
II关闭计数
D1=0;
II关指示灯
while（!
qq）{
EA=0;
〃待机按钮按下时，关总中断和位选
P1=0X00;}qq=1;
Count（）;//计算value_shift（value）;
Display（value）;//显示while（suocun）//当按下锁存按钮时,关总中断并显示{
EA=0;
Display（value）;}EA=1;
}
}
附录二：
1距离小于4m时的仿真图
—
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I-
FnmsiE-nFD.ILU-I
FOVE-Spn^Hu-j
FEL-HU-b
-U
LE&SSk«i»
■DO・r旳畑S3
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F2
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陀尸-I
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U
nilrR>N帼smvB4為TTHFlMITT
C■rmFJ*Tli
F-i^nt
fx'iiTF
图1距离小于4m
2.距离大于4m时的仿真图
模拒H哄皈04趙声湛為
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图2距离大于4m
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