论文总字数：14185字

摘 要

在生产实践中距离测量被广泛运用，与传统测距方法相比，超声波测距是一种非接触式测距手段，能方便测出测距装置与被测物之间的距离。因此本文设计了一款以STC89C51单片机为核心的超声波测距仪，该设计由超声波测距模块、数码显示模块、键盘电路等组成。在该系统中超声波测距模块在单片机控制下通过向被测对象发射和接收超声波信号，并检测传感器响应脉冲宽度，计算出被测物距离，与设定距离比较，若低于安全距离就产生警报，最后该距离通过显示器显示。该仪器操作简单、测量速度快，在工业生产、机器人定位、公路限高等方面有着很大的应用空间。

关键词：超声波测距仪，单片机，响应脉冲宽度，数码显示

Abstract: The distance measurement is widely used in our life. Compared with the traditional distance measurement method, ultrasonic ranging is a non-contact ranging method, which can conveniently measure the distance between rangefinder and the object. Therefore, an ultrasonic rangefinder is designed,and it is based on STC89C51 single chip microcomputer, which is composed of HC-SR04, digital display module and keyboard circuit. In this system, by transmitting and receiving ultrasonic signals and detecting the pulse width of the sensor, the HC-SR04 calculates the distance under the control of the single chip microcomputer.Compared with setting distance, if test distance is lower than the safe distance, it will raise the alarm.Finally the distance will show the distance on the display. The device is simple, measured fast, and has great applications for industrial production, robot positioning, and highway restrictions.

Key words:Supersonic range finder，MCU， Response pulse width，Digital display

目 录

1.绪论 4

1.1课题背景与意义 4

1.2课题主要内容 4

2.总体设计 4

2.1超声波测距原理 4

2.2总体方案设计 5

3.硬件设计 6

3.1超声波测距模块设计 6

3.2数码管显示模块 6

3.3报警模块设计 7

3.4键盘电路设计 7

3.5最小系统 8

4.程序设计 8

4.1主程序设计 8

4.2超声波测距设计 9

4.2.1超声波发射接收子程序 9

4.2.2中断处理程序设计 10

4.2.3 响应脉宽测量时间 11

5.软件仿真及实物调试 12

5.1软件仿真 12

5.2实物测试 13

总结 15

参考文献 16

致 谢 17

附录一 原理图 18

附录二 程序 18

1.绪论

1.1课题背景与意义

伴随着科学技术的不断进步与提高，传感器已经在信息科学领域占据着重要的地位，超声波测距就是成功应用传感器实现测距的一种例子，以单片机作为控制中心的超声波测距具有很大的优势。超声波测距易于做到实时控制，而且其测量精度相对其他的测量仪器而言是较高的。将会在以后的生活及生产之中扮演着无比重要的角色，能够满足更多的人们更多的要求，给人们的生活质量带来大幅度的提升。

由于超声波的速度相对于光速而言的话，其速度是十分慢的，其传播时间是十分容易检测的，而且其易于定向发射，强度易于控制，所以在测距方面是可以采用超声波来完成的。由于超声波测距所采用的是一种非接触的方式，所利用的就是超声波在空气中传输时遇到障碍物就会被反射回来的特性，通过接受被障碍物所反射回来的超声波，进而便可以得出与障碍物之间的距离。超声波测距拥有着成本低廉、操作简单、受干扰较小等优势，故在实际的生活之中有着很大的应用。由于超声波检测的这些优点，所以其已经得到了人们的很大重视，而且将超声波与单片机、自动控制技术等相结合起来，可以将超声波的应用的范围得到进一步的扩大。

1.2课题主要内容

这次设计任务是设计一款超声波测距装置，该装置能够准确地测量出被测物与测距仪之间的距离，而且还可以通过数码管显示出距离，并加入蜂鸣器实现报警功能。超声波的测距是可以实时检测，因此其在某些应用之中有着的很大的应用价值，若能够提高其测量精度，那么它可以在工业生产之中产生很大作用。

本设计具有操作简单，易于读数、抗干扰能力较强的有点，技术指标为测量距离0.02m～5.00m；测量精度0.01m。

2.总体设计

2.1超声波测距原理

最为常见的一种测距方法就是回声测距法。超声波发射器会相某个方向发射出超声波，在发射的时候将会自动计时，由于超声波在传播的过程之中遇到障碍物就会被反射回来，超声波接收器接受到被反射回来的超声波的时候就会停止计时。依据所记录的时间值和已知的超声波速度，便可以得出所需要测量的实际距离，最终便可以实现课题任务。其具体测量方法如图2-1所示。

图2-1 超声波测距原理图

2.2总体方案设计

此次的设计主要是由硬件设计与软件设计这两个部分所组成的。硬件设计主要是包括超声波测距模块设计、数码管显示模块设计、报警模块设计、键盘电路设计等；软件设计主要是对工作主要流程进行大体上的介绍。硬件系统如图2-2所示。

图2-2 系统方框图

3.硬件设计

3.1超声波测距模块设计

测距一般可分为光电测距和声波测距。相对于光电测距，声波测距优点是成扇面传播，探测范围更大，缺点是声波在空气中传播容易受到温度、湿度影响。由于实验是在室内进行，温度湿度变化不大，而且对测量精度要求不高，所以选择了HC-SR04。其工作电压为4.5V～5.5V，电流是1mA～20mA，谐振频率为40KHz。VCC供5v电源，Trig口为控制端，接到单片机P3.2,Echo为接收端，接到单片机P3.3，GND接地。给trig口最少10us的高电平触发测距，然后模块自动发送脉冲波并自动检测是否有信号返回。一旦有信号返回，echo口输出高电平，高电平持续时间即为超声波来回时间。

图3-1 HC-SR04图

3.2数码管显示模块

在实际的测距之中，为了能够实时的看到所需要测量的数据，就需要用到显示模块，常见的有LCD液晶显示和LED数码管显示。液晶显示的优点在于可以显示多行的汉字，显示质量高，应用范围广。然而此次设计不需要太多功能，所以采用四位共阳极数码管，其中的一个引脚将会与5V相连接，当其中的一个字段的发光二极管的阴极为低电平的话，就会是这个字段点亮。

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