基于单片机的超声波测距系统的设计

一、题目:基于单片机的超声波测距系统的设计

二、指导思想和目的要求

1. 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能；

2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风；

3. 培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。

三、主要技术指标

本设计主要设计一个基于单片机的超声波测距系统，要求如下：

1. 测试距离2cm~400cm，感应角度不大于15度；

2. 采用LED显示被测距离；

3. 使用电压：DC5V。

所需要完成的工作：

1. 系统地掌握单片机的开发设计过程，相关的电子技术和传感器技术等，进行设计任务和功能的描述；

2. 进行系统设计方案的论证和总体设计；

3. 从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的硬件设计和软件设计；

4. 进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调；

5. 查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻译。

四、进度和要求

1. 准备阶段                             第1周~第2周

2. 完成开题报告与外文翻译               第3周~第4周

3. 方案论证，建立模型，熟悉超声波测距仪的设计思想、具体步骤、分析其优点与不足；设计硬件电路图与软件流程图，以及需要解决的主要问题等。

第5周~第7周

4. 结合相关知识，对设计测距仪进行进一步研究，找出解决各种现存问题的方法并从理论上给出证明。                  第8周~第9周

5. 软件设计，仿真、软硬件联调            第10周~第12周

6. 完成论文撰写                          第13周~第15周

7. 准备答辩                              第16周

五、主要参考书及参考资料

[1] 左伟平．Protel2004入门与提高．北京：电子工业出版社，2006．

[2] 郭天祥．新概念51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2010.05．

[3] 张谦琳．超声波检测和方法．北京：中国科技大学出版社，1993.10．

[4] 陈光东．单片机微型计算机原理与接口技术．武汉：华中理工大学出版社．1994.04．

[5] 王安敏，张凯．基于AT89C52单片机的超声波测距系统[J] ．仪表技术与传感器，2006.6．

[6] 张毅刚，彭喜元，姜守达等．新编MCS-51单片机应用设计[M]．第二版．哈尔滨：工业大学出版社，2003：47-82．

[7] 张红莲．基于单片机的超生波测距系统的设计[J]．PLC&FA2008(09)：89-91．

[8] 谭定忠．传感器与测试技术[M]．北京：中央广播电视大学出版社，2002：66-78．

[9] 谢维成，杨加国．单片机原理与应用及C51程序设计．北京：清华大学出版社，2006．

[10] 牛余朋，成曙．基于单片机的超声波测距系统[J]．兵工自动化，2005.04．

[11] 李建忠．单片机原理及应用．西安：西安电子科技大学出版社，2002．

[12] 楼然苗．51系列单片机设计实例．北京：北京航空航天大学出版社，1999．

[13] 谭浩强．C程序设计（第三版）．北京：清华大学出版社，2005．

[14] 梅丽凤．单片机原理及应用技术．北京：清华大学出版社，2004．

[15] 李丽霞．单片机在超声波测距中的应用[J]．电子技术，2002．

[16] 李全利. 单片机原理及接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[17] 薛均义，张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]．西安：西安交通大学出版社，2005.

基于单片机的超声波测距系统的设计摘要

    超声波指向性强，能量耗损缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波测距迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。它是一种非接触式的检测方法，不受光线、被测对象颜色等影响，在较恶劣的环境（如含粉尘）具有一定的适应能力，是目前最常见的一种距离测距方法。

    本次设计内容是基于AT89C51单片机的超声波测距系统的设计，利用超声波在空气中的传播速度以及传播的时间计算出超声波测距仪和障碍物之间的距离，通过一个四位LED数码管显示距离。论文先阐述了超声波检测的发展及基本原理，根据系统的一些主要参数和超声波测距系统功能的特点设计出系统的总体方案，在此基础上设计了系统的软件结构，通过编程来实现了系统的功能。最终实现具有易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰的超声波测距系统。

关键词：超声波测距，AT89C51单片机， LED显示 

ABSTRACT

...

Keywords：ultrasonic ranging, AT89C51 single-chip, LED display 

基于单片机的超声波测距系统的设计目录

摘要 4

ABSTRACT 5

目录 6

第一章 绪论 8

1.1 课题研究背景及意义 8

1.2 研究现状 9

1.3 课题研究内容 10

第二章 系统的整体方案设计 11

2.1 系统的功能要求 11

2.2 单片机系统介绍及测距原理 11

2.2.1 单片机系统介绍 11

2.2.2 测距原理 12

2.3 方案选择 14

2.3.1 主控芯片的选择 14

2.3.2传感器选择方案 14

2.3.3显示器选择方案 15

2.4 系统的整体方案设计 16

2.5 方案可行性分析 17

第三章 系统硬件结构设计 19

3.1 系统整体电路图 19

3.2 超声波测试模块 19

3.3 超声波发射电路 21

3.4 接收电路 22

3.5 单片机最小系统 23

3.6 按键电路 25

3.7 声音报警电路的设计 25

3.8 显示模块 26

3.9 电源设计 27

第四章 系统软件设计 28

4.1 编程软件及编程语言的介绍 28

4.2 主程序工作流程图 31

4.3 各模块子程序流程 32

4.3.1超声波探测程序流程图 32

4.3.2 中断处理程序 32

第五章 软硬件调试 34

5.1 硬件调试 34

5.2 软件调试 34

5.3 软硬件联调 35

第六章 总结及展望 36

参考文献 38

致谢 40

附录 41

附件1：实物图 41

附件2：源程序 42