基于超声波测距的系统设计

论文总字数：15041字

摘 要

美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机是一种具有高性能、低功耗的CMOS型8位微控制器，是现在各高校使用51系列单片机进行教学实验中用到最多的一款单片机产品。AT89C51单片机易用性和多功能性优点已经成为广大MCS-51系列单片机用户首选产品用来进行单片机电子设计与开发，在现代的智能控制领域拥有很高的使用价值。本次毕业设计的系统主要利用的是AT89C51单片机和HC-SR04超声波传感器的配合使用实现单片机控制超声波的收发实现测距，使用AT89C51单片机作为设计系统的核心控制芯片，使得设计的系统能够实现超声波测距，数据显示，参数设置等功能。利用单片机来控制超声波传感器发出超声波来测量物体的距离，并且在数码管上显示测量到的距离，然后进行测量距离的比较处理，如果测得物体的距离小于设定的安全距离时，蜂鸣器就会发出声响进行报警，提醒用户已经小于安全距离。

关键词：AT89C51；HC-SR04；超声波；测距

Ranging System Based on Ultrasonic

Abstract

American ATMEL AT89C51 microcontroller produced a high-performance low-power CMOS 8-bit microcontroller, the university is now using 51 computers for teaching the most used in the experiment a single-chip product. AT89C51 MCU ease of use and versatility advantages have become the majority of MCS-51 series single-chip microcontroller users preferred products used for electronic design and development, has a high value in the modern field of intelligent control. The graduation project is the main advantage of the system with the use of AT89C51 microcontroller and HC-SR04 ultrasonic sensor to achieve single-chip transceiver control Ultrasonic Ranging implementation, using AT89C51 microcontroller as the core control chip design system, making the design of the system enables the ultrasonic measurement distance, data display, parameter settings and other functions. Use microcontroller to control the ultrasonic sensor sends ultrasonic waves to measure the distance of the object, and displays the measured distance in the digital control, and then measure the distance of the comparison process, if the measured distance of the object is smaller than the safe distance set by the buzzer audible alarm will alert the user has less than a safe distance.

Keywords: AT89C51; HC-SR04; ultrasonic; Ranging

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 项目研究的背景和意义 1

1.2 总体设计方案及论证 1

1.2.1 总体方案设计 1

1.2.2 方案论证 1

1.3 超声波测距的设计思路 2

1.3.1 超声波简介 2

1.3.2 超声波测距的原理 3

1.4 课题设计的任务及应解决的主要问题 3

1.4.1 课题设计的任务 3

1.4.2 解决的主要问题 4

第二章 系统硬件电路的设计及实现 5

2.1 系统的主控制单元模块设计 5

2.2.1 AT89C51单片机的功能介绍 5

2.2.2 系统的电源供电电路设计 6

2.1.3 系统的时钟电路设计 7

2.1.4 系统的复位电路设计 7

2.2 超声波发射和检测接收模块 8

2.2.1 HC-SR04超声波传感器原理 8

2.2.2 HC-SR04超声波传感器特点 9

2.2.3 HC-SR04超声波传感器工作原理 10

2.2.4 HC-SR04超声波传感器电气参数 11

2.2.5 HC-SR04超声波传感器探测距离调节 11

2.2.6 使用HC-SR04超声波传感器应注意的事项 12

2.3 系统的显示电路设计 12

2.4 系统的报警电路设计 13

2.5 系统的按键电路设计 13

2.6 系统的ISP功能电路 13

第三章 系统软件设计及调试 16

3.1 系统主程序 17

3.2 超声波测距程序 17

3.3 显示及报警子程序和独立按键子程序 19

3.4 软件程序编译调试 19

3.4.1 工程文件的建立及编辑源程序文件 20

3.4.2 程序的编译和链接 20

第四章 结束语 22

致 谢 23

参考文献(References) 24

附 录 25

附录1：基于超声波测距的系统设计原理图 25

附录2：系统参考程序 26

1. 引 言

1.1 项目研究的背景和意义

当今，超声波被广泛应用于物体之间的距离测量，如测距仪和AA物位测量仪等。超声波具有在介质中传播不易受干扰，能量高度集中，穿透能力强，具有良好的方向性，传播距离远等优点,是那些常规测量方法不能比及的。但是在生活中应用超声波需要高效的收发设备，为此，现在对于超声波的高效收发设备进行开发研究，会将对超声波测量技术在现实生活中的使用推广具有非常重要的意义。随着城市化进程的不断发展，人们生活水平得到了不断提高，越来越多的人拥有了汽车，随之而来的是道路经常会显得非常拥挤，时常会发生堵车现象。尤其有很多新手司机，经常在慌乱中停车和倒车时发生擦碰，造成车身的损坏。如果车辆自身能够利用超声波进行测距，实时提示车身与障碍物之间的距离，会让驾车变得更轻松自在。因此，设计一种简单的、低成本超声波测距系统就显得非常重要了。

以及近些年来，随着单片机在我国各行业中的推广使用，以其简单实用、体积小、功能强而日益广泛的被广大电子设计师所采用，尤其在自动控制领域中的应用更为突出。单片机技术在日常生产生活中的应用以日趋成熟。这就给我们利用单片机设计一种超声波测距系统提供了一个非常好的环境。

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