单片机超声波测距

课程设计报告题目基于单片机的超声波测距课程名称单片机系统软件设计与开发院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级13电气工程及其自动化（单）学生姓名杨秋平学号1304201016课程设计地点工科楼C304课程设计学时20指导教师李国利金陵科技学院教务处制成绩1摘要超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以80C51单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。关键词：80C51单片机；超声波测距2目录一、概述…………………………………………………………………………3二、总体设计方案及说明……………………………………………………………6三、系统硬件电路设计………………………………………………………………7（1）时钟模块……………………………………………………………7（2）超声波测距模块………………………………………………………7（3）警报电路模块…………………………………………………………8（4）距离显示模块………………………………………………………8（5）清零模块………………………………………………………………9（6）电路总体设计图…………………………………………………………9四、系统软件部分设计……………………………………………………………10系统源程序………………………………………………………………10五、系统仿真过程与结果……………………………………………………………14六、系统实物制作与功能实现………………………………………………15六、总结……………………………………………………………………………19七、参考文献………………………………………………………………………203一、概述1.1单片机简介单片机是单片微型计算机的简称，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.2超声波测距原理常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为340m/s（不计介质温度变化对速度的影响），根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。如图2-1所示：4式中:L—两探头中心之间距离的一半；又知道超声波传播的距离为:式中:v—超声波在介质中的传播速度；t—超声波从发射到接收所需要的时间；将式2-1、2-2、2-3联立得：其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=30度时,V=349m/s);当需要测量的距离H远远大于L时,上式变为:5所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H.6二、总体设计方案与说明2.1：设计要求1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统；2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm；3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来；4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示；5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。2.2系统总体方案设计本超声波测距系统由系统硬件电路及软件程序实现两部分构成。其中由以超声波测距模块、警报电路模块、距离显示模块、时钟模块、清零模块构成硬件系统。以STC89C52单片机为核心，通过按钮trig控制超声波测距模块发射超声波并接收回波，测算出前方障碍的距离，输入单片机进行运算，与预设报警距离比较后判断是否启动光报警装置。根据系统功能要求及模块划分可绘制出系统硬件框图，如图2-2所示：LM016L显示模块时钟模块8警报电路模块0C清零模块5超声波测距模块17三、系统硬件部分设计（1）时钟模块（2）超声波测距模块以一个按钮代替按下trig超声波开始测距，按的时间越短则距离越短，按的时间越长则距离越长。最长不可超过400cm，否则显示为000，且警报灯亮。8（3）警报电路模块在测距超过400cm时，D1亮，表示超出有效测量范围。（4）距离显示模块显示超声波测距的距离。9（5）清零模块\总体电路设计图10四、系统软件部分设计#includereg51.h#includeintrins.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P2^7;//LCD数据命令选择端sbitlcden=P2^5;//LCD使能端sbitwr=P2^6;//LCD读写端sbittrig=P3^7;//触发控制信号输入sbitecho=P3^6;//回响信号输出sbitout=P2^1;//距离超出报警ucharcodetable[]=distance:;//数组定义voiddelay(uintz)//1ms延时{uintx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=110;y0;y--);}voidwrite_com(ucharcom)//LCD写命令子程序{rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;}voidwrite_date(uchardate)//LCD写数据子程序11{rs=1;wr=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;}voidmain(){uchark,m;longtemp;//距离TMOD=0x01;//设置定时器0为模式1TH0=0x00;//定时器清零TL0=0x00;//定时器清零ET0=1;//开定时器0中断2EA=1;//开总中断wr=0;lcden=0;out=0;//关闭报警write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(k=0;k13;k++){write_date(table[k]);delay(5);}write_com(0x80+0x40+9);//LCD位置定位12write_date('m');write_date('m');//距离单位mmwhile(1){TH0=0x00;TL0=0x00;trig=1;//触发控制信号写入1for(m=0;m20;m++)//延时等待20us_nop_();trig=0;//触发控制信号写入0while(!echo);//回响信号输出为0TR0=1;//开启定时器0while(echo);//等待回响信号{TR0=0;//关闭定时器temp=TH0*256+TL0;//读出定时器0的时间temp*=170;//距离=速度*时间将temp转换成距离单位为mmtemp/=1000;}if(temp=400)//距离小于40cm时显示当前距离{out=0;write_com(0x80+0x40+5);write_date(0x30+temp%1000/100);write_date(0x30+temp%100/10);write_date(0x30+temp%10);delay(1000);}else//当距离大于40cm时显示000并且开启报警{out=1;13write_com(0x80+0x40+5);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);delay(1000);}}}voidtime()interrupt1{TH0=0xfc;TL0=0x18;temp1++;}14系统仿真过程与结果仿真图正常测距（距离小于400cm）15超出距离（距离大于400cm）实物图：16实验过程：（1）距离小于400mm时，显示当前距离且蜂鸣器不发出声音（2）当距离大于400mm时显示000并且开启报警173、当测试距离为0时：显示000，并且报警(不在测量范围内)18六、总结结论：本次超声波测距的有效测量范围为400cm以内，显示器显示测量距离；当测量距离超出400cm时，显示为“000”，并且警报灯亮。心得与体会：做了几个星期的基于单片机超声波测距仪的实训项目终于完成了！虽然不是很顺利，很辛苦，但是看到我们自己做出的实验课题，自己就觉得值！都说付出就会有收获，经过几个星期的努力，我和我的小组成员带着好奇和兴奋顺利的做完了所有的步骤与程序。说真的，这几个星期我学到了好多好多，同时眼界也宽了好多好多的。本次实验最大的难点就在于对程序的调试，虽然学过单片机的编程，不过还是出现了许多的错误，经过查找书籍和询问同学最终完成了程序的编写。然后带入仿真图进行调试，完善程序上的一些不足。这次的实物依旧是用开发板制作的，所以在实物方面还是比较熟练的，毕竟对于开发板还是比较熟悉的。这次课程设计，能加强我们对于单片机一些软件的应用，以及对我们编写程序也有许多的好处，不至于以后对于编程一窍不通。也能锻炼我们的团队合作能力，毕竟对于我们而言，单独一个人是很难完成这个任务的，更多的还是要靠大家一起努力。对于以后的工作有很大的帮助。总之，“一份耕耘，一份收获”。通过我们自己的亲手操作，我们确实学到了许多东西。19七、参考文献①谭浩强.C程序设计（第三版）.清华大学出版社.2010.02②郭天祥.新概念51单片机c语言教程.电子工业出版社.2009.01③胡向东.传感器与检测技术.机械工业出版社.2009.02.01④向敏.微控制其原理及应用.人民邮电出版社.2012.04.01