论文总字数：19870字

摘 要

超声波测距作为一种非接触式测量方式，具有接触式测量所不具有的可以在恶劣环境下工作的特殊优点，由于这种特殊优势使得超声波的使用在现实运用中已十分成熟。本课题采用超声波作为介质，探求将超声波在测距方面的原理与应用。同时，本课题采用了STC89C52RC作为主控芯片，使用高精确度，低延迟的HC-SR04超声波模块作为超声波接收与发生模块，使得本课题具有更多的现实意义。

关键词：超声波测距；STC89C52单片机；超声波传感器

Design of ultrasonic range finder based on MCU

Abstract

As a non-contact measurement method, ultrasonic ranging has the special advantage of working in harsh environment that contact measurement does not have. Because of this special advantage, the use of ultrasonic has been very mature in practical application. In this paper, ultrasonic wave is used as medium to explore the principle and application of ultrasonic wave in ranging. At the same time, STC89C52RC is used as the main control chip, and the high precision and low delay HC-SR04 ultrasonic module is used as the receiving and generating module, which makes the subject more practical.

Keywords: Ultrasonic ranging; STC89C52 Single Chip Microcomputer; Ultrasonic sensor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1背景 1

1.2项目内容 1

1.3项目要求 1

第二章 系统总体结构 2

2.1方案设计 2

2.2 材料准备 2

2.3超声波模块 HC-SR04 4

2.3.1特色 4

2.3.2工作原理 4

2.3.3时序图 4

2.3.4超声波模块HC-SR04电气参数及其原理图 5

2.3.5 超声波模块HC-SR04内部原理图 6

2.3.6 超声波模块HC-SR04实物图 7

2.4 单片机 STC89C52RC 7

2.4.1单片机STC89C52RC特性 7

2.4.2单片机STC89C52RC引脚图 8

第三章 系统硬件及软件设计 9

3.1原理图设计 9

3.1.1数码管电路 10

3.1.2报警电路与报警值设置 11

3.2 PCB版图设计 12

3.3 程序设计 13

3.3.1 主程序设计流程图 13

3.3.2 器件配置文件及相关变量声明 14

3.3.3相关程序 15

第四章 系统调试与实现 20

4.1最小系统与下载器 20

4.2驱动程序安装与程序烧录 20

4.3 测距测试 25

致 谢 27

参考文献 28

附 录 29

1. 引言

1.1背景

超声波具有能量密度高，容易定向发射等显著特点，可以在气体等媒介中传播的很远，故而它常被用于测量物体之间的间距，在实际应用中有超声波测距仪与超声波物位测量仪等机械设备。因此超声波测距法来进行位置检测非常便捷实用，便于实现对相关距离检测设备的即时控制，同时具备较高的测量精确度，所以在工业，生产以及科研开发领域具备着比较广泛的应用。

超声波测距作为一种非接触式测距方法，它的应用十分广泛。比如在高温，高腐蚀性的情况下，以超声波作为载体的超声波测距无疑是一种较好的选择，相比于其他的非接触式测距，超声波测距具有价格低廉，不受磁场或外界光的限制等特点。

超声波测距的原理与雷达类似。它由超声波发生装置定向发出超声波并触发计时器开始计时，当声波在触碰阻碍时折返，并由传感器监测到同时计时器终止计时，通过声波在空气中每秒的传播速度（约340m/s，这里不考虑空气稀薄或空气成分不同对超声波在气体中传播速度的影响）来确定距离。

就对于距离的测量而言，测距方法众多且繁杂，目前较为常见的测距方法主要有毫米波测距、激光测距和超声波测距这三种。而超声波测距相比较前两种测距方法而言，它的载体为能量密度高的超声波，不易被仪器所探测，且方向性良好，对于能源的消耗低，同时对于外界的影响小且不易受外界干扰等特点^【1】。

正因为超声波具有的种种特性，所以超声波测距可广泛应用于高度自动化机械避障、智能泊车辅助、曲面仿形检测，明渠流量检测以及部分生产生活设施的位置监控，亦能用在医学手术，智能化家居等众多场合。

1.2项目内容

本论文主要论述了超声波测距的原理与实现方法。通过本论文，我们可以较为清晰的认知超声波测距原理的应用以及超声波测距的物理实现方法，包括原理图，PCB版图与相关的硬件选择等。从小的方面来说，本课题的研究可用于解决汽车避障等领域；但从更广泛的应用上来讲，超声波测距在众多工业领域与军事领域都有着更为广泛的应用。

1.3项目要求

设计一个超声波测距仪，可以应用于辅助停泊、楼房设施搭建以及其他工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的检测等地方。要求测量范围在0.10-2.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

1. 系统总体结构

2.1方案设计

超声波测距的整体架构分为超声波收发电路，单片机电路与实现电路等。具体如图2.1所示。

图2.1 整体架构

超声波测距在原理上根据超声波发射后返回的回波幅值、相位和超声波发出到返回的时间差不同，有声波幅值检测法、相位检测法和渡越时间法^【1】。通常是TOF法（time of flight），即渡越时间法，俗称回波探测法。在上图中表现为当超声波发送模块开始工作时，发射超声波，与此同时计时器开始工作，超声波在大气媒介中以常规音速向前传播，在触碰到相关被测物体后折返，并由传感器监测折返的信号，同时计时器停止工作。而相关数据通过单片机加以运算，得出距离并显示在数码管上。

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