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摘 要

随着超声波技术的应用日益广泛，传感器逐渐在人们生产生活中扮演着重要角色，发展前景非常广阔。基于此，本设计将STC89C52单片机作为系统的主控芯片，进行实时控制以及数据的计算，超声波从发射到接收过程中所需要的时间由超声波检测模块进行检测获取，通过超声波模块所检测的时间计算获得实测距离，本设计系统还包括一些其他模块：蜂鸣器声光报警模块、四位数码管显示模块、电源模块、按键模块。通过四位共阳数码管显示当前超声波测量距离。当距离小于设置距离时发出声光报警，当距离超过特定值时特殊显示。本设计采用模块化设计，由主程序和各子程序模块组成，具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强等优点。

关键词：测距，STC89C52单片机，超声波传感器，数码管，蜂鸣器

Abstract: With the increasing application of ultrasonic technology, sensors have gradually played an important role in people"s production and life, and the development prospects are very broad. Based on this, the STC89C52 single-chip microcomputer is used as the main control chip of the system for real-time control and data calculation. The time required for the ultrasonic wave from the transmission to the receiving process is detected by the ultrasonic detection module, and the time is calculated by the ultrasonic module. Obtaining the measured distance, the design system also includes some other modules: buzzer sound and light alarm module, four digital tube display module, power module, button module. The current ultrasonic measurement distance is displayed by a four-digit digital tube. An audible and visual alarm is issued when the distance is less than the set distance, and is displayed when the distance exceeds a certain value. The design adopts modular design and consists of main program and sub-program modules. It has the advantages of small size, convenient control, high reliability and strong specificity.

Key words: ranging, stc89c52 mcu, ultrasonic sensor, digital tube, buzzer

目录

1 绪论 6

1.1 项目研究背景 6

1.2 研究目的与意义 6

1.3 研究的主要内容 7

2 系统设计方案 7

2.1 任务与方案 7

2.2 方案分析及确定 7

3 硬件实现及各模块电路设计 8

3.1 总体方案设计 8

3.2 STC89C52单片机 8

3.3 超声波测距模块 11

3.4 电源模块 13

3.5 时钟电路模块 13

3.6 复位电路模块 14

3.7 声光报警模块 14

3.8 数码管显示模块 15

3.9 按键模块 15

3.10 系统原理图 15

4 软件设计 16

4.1 软件开发语言选择 16

4.2 程序流程图 16

4.2.1 主程序流程图 16

4.2.2 超声波发送及接收中断子程序 18

5 硬件调试 19

总结 22

参考文献 23

致谢 24

附录 25

1 绪论

1.1 项目研究背景

在当今世界，随着科学、文化、技术的不断发展进步，超声波技术在传感器领域中的应用越来越广泛。在人类科技的发展过程中，传感技术作为先驱始终发挥着重要作用。当前电子应用技术，传感器在其中扮演着重要角色。它存在于人们可以想象的所有领域。世界上发展最快的行业之一就有传感器技术。在各国生产研发的推进下，传感器技术发展迅速。然而，就现有技术而言，人们可以专门使用的传感技术仍然非常有限。因此，在工业领域之中，传感器的发展前景广阔无比。

随着科学技术的进步，在短短几十年内，电子技术和应用物理发展迅速，超声波技术不断的从理论设想走向实际。 超声波测距具有许多优点，包括成本低，抗干扰能力强，测量精度高，不受环境制约等。因此相比之下，超声波测距相对于其他测距技术具有更多优势，因此被广泛使用^[1]。

当今，超声波测距装置在市场中种类繁多，一般的测距系统价格从几十元到两百元不等，甚至还有几千元的特种专业测距仪。大部分的超声波测距装置，它们的测量距离可以达到20米的距离，而其中的测量误差精度在1%和0.5%之间。现在，超声波测量的主要发展方向是高精度、智能化与多功能。

1.2 研究目的与意义

后PC时代即将到来，工业4.0，物联网也开拓了新的技术领域，超声波技术的应用领域也越来越广泛，如无人驾驶汽车，扫地机器人，建筑行业等等。而在其他非接触式检测方法中，比如电和光或磁学方法相比，超声波测距受光线，电磁，待测物体颜色等外界环境的影响较小，且成本低廉。超声波在当被测物体处于黑暗中，或者在有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等干扰情况之下具有一定的抗感扰能力^[2]。因此，广泛的应用于机器人控制，无人汽车避障和物体识别领域。特别是当传感器技术应用于超声波在空气测量距离的时候，由于传感器所产生的超声波在空气中的波速较慢，所以，传感器产生的超声波回波信号中包含的沿传播方向的结构信息可以非常容易地被传感器检测出来，而且，由于这种接收到的结构信息非常容易被分辨出来，因此，超声波测距这种方法也相较于其它方法有更高的准确度，而且，超声波传感器具有许多其他优点：体积小、结构简单、信号处理可靠等 ^[3]。在上述功能研究的基础上，该系统设计定位于一种便携式测量仪器，可作为传感器单独安装于设备上，也可作为手持测距使用，达到多功能准确测距的目的。

1.3 研究的主要内容

本设计系统采用采用的是超声波传感器实现测量与障碍物间距离的目的。在实际情况中利用超声波测距的方法很多，超声波测距其中较为常用的方法之一就是回声探测法测距。在使用超声波回波探测距离的时候，系统首先启动超声波传感器对障碍物发射超声波信号，同时使用计时器对系统计时，在传播的过程中，超声波遇到障碍物后会发生反射到传感器接收端，然后，系统进行脉冲计时操作，并根据回波的传播速度、传播的距离，计算传感器与障碍物之间的距离^[4]。

2 系统设计方案

2.1 任务与方案

• 选择确定本设计所需的单片机
• 测量与障碍物之间距离，测量范围0.03-3.5m
• 实时显示传感器与障碍物之间的距离，如果测得距离低于设定值发出声光报警，如果测得距离高于测量范围特殊显示
• 通过按键调整设定报警值

2.2 方案分析及确定

在获得测量距离之后需要利用传感器将接收到的信号转化为单片机可以识别的数字量信号，并传输到单片机上进行距离计算。所以合理选择传感器和单片机非常重要。考虑到主控制器和检测元件，拟定以下两种方案。

方案1：选用STC89C52单片机作为本设计系统中的主控制器，与此同时，选用超声波传感器作为该系统的检测元件，利用STC89C52单片机内部的定时器对该系统进行计时，内部组件采集来自传感器输入的数字量信号，最后，通过利用单片机内部的运算器测得与障碍物之间距离，实时显示在数码管显示模块上。

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