单片机超声波测距(共20页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上成绩 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 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 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20一、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（Microcontroller Unit），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。单片机由内仅有CPU的专用发展而来。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芯片，是采用技术把具有数据处理能力的中央处理器CPURAM、多种I/O口和中断系统、定时器/等功能（可能还包括显示驱动电路、电路、模拟多路转换器、等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的。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：                    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:   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.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：2cm4m，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 0 C 清零模块 5 超声波测距模块 1三、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。（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。（5）清零模块总体电路设计图四、系统软件部分设计#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P27; /LCD数据命令选择端sbit lcden=P25;/LCD使能端sbit wr=P26;/LCD读写端sbit trig=P37; /触发控制信号输入sbit echo=P36; /回响信号输出sbit out=P21; /距离超出报警uchar code table=" distance:"/数组定义void delay(uint z) /1ms延时uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_com(uchar com)/LCD写命令子程序rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date)/LCD写数据子程序rs=1;wr=0;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void main()uchar k,m;long temp; /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;k<13;k+)write_date(tablek);delay(5);write_com(0x80+0x40+9);/LCD位置定位write_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;m<20;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;write_com(0x80+0x40+5);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);write_date(0x30+0);delay(1000);void time() interrupt 1TH0=0xfc;TL0=0x18;temp1+;系统仿真过程与结果仿真图正常测距（距离小于400cm） 超出距离（距离大于400cm） 实物图： 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3、当测试距离为0时：显示000，并且报警(不在测量范围内) 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。七、 参考文献  谭浩强 .C程序设计（第三版）. 清华大学出版社 . 2010.02     郭天祥 .新概念51单片机c语言教程 . 电子工业出版社 . 2009.01  胡向东 .传感器与检测技术 . 机械工业出版社 . 2009.02.01  向敏 .微控制其原理及应用 . 人民邮电出版社 . 2012.04.01 专心-专注-专业