论文总字数：19751字

摘 要

：随着科技进步，测量距离的方法不断地在改进，人们将超声波测距技术应用于工业和生活中。本文设计了一款基于STC89C51单片机的超声波测距仪，使用HC-ST04超声波传感器来检测物体和仪器之间的距离，同时采用LCD1602液晶来显示测量的距离。为了弥补测距系统的不足，将温度造成的误差考虑进去加以修正，且当测量结果不在设定范围内，蜂鸣器实现报警。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好，并做到了可设计报警范围的功能。

关键词：STC89C51单片机，LCD1602液晶显示，HC-ST04超声波传感器

Abstract:with the advancement of science and technology, the method of measuring distance is constantly improving, and people apply ultrasonic ranging technology to industry and life. In this paper, an ultrasonic range finder based on STC89C51 single-chip microcomputer is designed. The HC-ST04 ultrasonic sensor is used to detect the distance between the object and the instrument, and the LCD1602 liquid crystal is used to display the measured distance. In order to make up for the deficiencies of the ranging system, the error caused by the temperature is taken into account to be corrected, and when the measurement result is not within the set range, the buzzer realizes the alarm. The system hasreasonable circuit design, stable operation and good performance, and has the function ofdesigning an alarm range.

Keywords：STC89C51 single chip microcomputer,LCD1602 liquid crystal display,HC-ST04 ultrasonic sensor

目 录

1 引言 3

1.1 选题依据 3

1.2 应用前景 3

2 系统总体设计方案 3

2.1 测距方案对比 3

2.2 显示器件的选择 4

2.3 系统总方框图 4

2.4 所需要的元器件 5

3 系统硬件设计 6

3.1 STC89C51单片机 6

3.2 超声波测距模块 8

3.3 数字温度传感器DS18B20电路 11

3.4 LCD驱动显示电路及报警电路 13

4 系统软件设计 16

4.1 Keil软件 16

4.2 系统程序流程图设计 17

5 系统仿真与测试 20

5.1 系统仿真软件 20

5.2 系统仿真结果 21

6 硬件组装与调试 23

6.1 硬件的焊接 23

6.2 程序的烧录 24

结论 26

参考文献 27

致谢 28

附录A 设计仿真图 29

附录B 部分程序代码 30

1 引言

1.1 选题依据

无论是在生活中还是在工作学习中，我们时刻与距离打交道，例如学驾驶的考试中就是通过超声波测距的这一个原理来测出离障碍物的距离从而来判定学员是否合格。除此之外，工业的生产对我们来说是不可或缺的，工厂生产的时候总是会多出来一些污水废水，化工厂还有废弃的化学药品，这些贮藏这些东西的瓶瓶罐罐都要测点液位，海上航海业务也需要定期的测量水位。

超声波测距技术有许多的优点，一个是在于它应变环境的能力强，在12米的范围内，超声波检测即使存在种种问题，但总的来说他是已知的的所有检测中最可靠的，而且水下检测最好以超声波的检测为主，由于超声波本身对外界的一些影响不敏感，比如对激光，辐射，光照强度都不敏感，因此超声波传感器受环境的影响较小，使用的限制也相对较小，它可以完成在定点或者连续的测距，也有利于接收信号来远程遥控测量。测距的技术有很多，除了超声波测距，市场上还有红外测距、激光测距等，但是在适用性和价格等方面远远不如超声波测距。

除此之外，由于超声波传递所需的介质是多种多样的，气体、液体和固体都是可以的，除了一些特殊环境比如真空，都是可以使用超声波来测距。

1.2 应用前景

由于声波的特性，超声波也具有了很强大的抗干扰能力，所以可以在各种复杂的环境中应用，便于操作人员操作，这种种特性使得它在测量测绘领域有着不可替代的作用。除了单单应用于距离的测量，还可以与其他系统相结合起来。比如之前出现的无人汽车，一个重要的技术就是对距离有效精确的测量，对障碍物进行提前规避，还比如在智能机器人领域，也有类似的技术。超声波测距技术现在在精度和测量范围方面有了很大的发展，用途多种多样。随着时代的发展，各种高新材料和技术壁垒的突破，超声波会作为一种常规应用来为未来更高级的技术奠定基础。本次设计利用超声波测量距离，并且用液晶显示距离。便于使用者实时观察数据，有很好的使用价值。

2 系统总体设计方案

2.1 测距方案对比

方案一：红外线测距，速度很可观，也最适用于长距离的测量，关于具体距离的计算就和超声波是差不多的，都是通过传播的速度与时间来得出具体的数据，除此之外红外线的成本廉价，安全系数较高。但是它有一个不好的缺点就是惧光，如果一个装有红外线识别的车载工具被放在了室外，那它只有在阴暗的环境下才能够使用，只要遇到阳光就会陷入瘫痪的状态。虽然说红外线经过反射面产生折射的光线很少，但是对于不同颜色的反射面反射回来的红外线的数量是不一样的，黑色相较于白色对于光的穿透度较小，所以反射回来的就较多，因此在长距离的传播过程中受到的影响最小。无法应用与海底、矿洞等一些特殊环境。

方案二：采用超声波测距，电路相对简单，软件设计也比较容易，我们可以利用振荡仪器来发出超声波信号，具体频率可调，由于信号在传输途中会碰到障碍物，如墙壁，这样超声波的一部分就会反射回来，这部分反射回来的信号会被事先准备好的仪器接收到。我们利用这个原理，将公式编入程序，计算往返的时间，以及速度，时间除以二再乘以速度，便可以计算出距离。测量得到的数据就可以用公式计算出距离，整体的过程比较简单，除此之外超声波的应用范围十分广泛。

综合比较之后选择方案二，使用超声波的测距方案比采用红外线测距远远优秀，无论是设计的难易、距离的计算、应用的范围。

2.2 显示器件的选择

显示器件一般来说有以下三种：

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