基于单片机的超声波测距系统.doc
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基于单片机的超声波测距系统.doc
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前言
超声波具有指向性强,能量消耗缓慢,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。
利用超声波检测往往比较迅速、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,性价比很高。
因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。
随着经济和科学技术的发展,汽车这项代步工具也走近越来越多的家庭,与此同时交通拥挤的状况也越来越严重。
伴随着汽车带来方便的同时,各种事故也层出不穷,其中追尾、倒车碰撞则占据了很大一部分比例。
而在汽车上安装一个测距防撞报警系统则能很好的帮助解决这一问题。
泊车时,系统检测汽车与障碍物的距离并且利用LCD显示,当距离达到某设定值时实施声音报警来提醒驾驶人员。
目录
总设计说明 I
ABSTRACT II
第1章测距仪现状及意义分析 1
1.1本课题研究意义 1
1.2国内外现状 1
1.2.1国内现状 1
1.2.2国外现状 2
1.3主要内容及思路 2
第2章超声波测距原理 3
2.1超声波简介 3
2.1.1超声波的三种形式 3
2.1.2超声波的物理性质 3
2.1.3超声波对声场产生的作用 3
2.2超声波传感器介绍 4
2.2.1超声波测距原理及结构 4
2.2.2超声波测距的原理 6
第3章总体设计 7
3.1总体设计要求 7
3.2方案选择 7
3.2.1控制芯片的选择 7
3.2.2超声波模块的选择 7
第4章系统硬件电路设计 8
4.1整体方案设计 8
4.1.1系统概述 8
4.1.2系统框图 8
4.2单片机最小系统电路 8
4.2.1单片机介绍 8
4.2.2单片机最小系统 11
4.3HC-SR04模块 12
4.3.1HC-SR04模块使用器件 12
4.3.2超声波模块电路 14
4.3.3HC-SR04模块工作原理 15
4.3.4超声波模块电路 16
4.4液晶显示电路 16
4.4.11602液晶简介 16
4.4.2液晶引脚说明 17
4.4.3指令介绍 18
4.4.4液晶的操作时序图 22
4.4.5液晶显示模块电路 22
4.5报警模块 23
4.5.1蜂鸣器的介绍 23
4.5.2蜂鸣器报警电路 23
4.5.3发光二极管 24
4.5.4报警模块电路 24
4.6按键输入模块 25
第5章软件设计 25
5.1程序语言及开发环境 25
5.2程序流程图 26
5.2.1总体流程图 26
5.2.21602液晶程序流程图设计 27
5.2.3超声波模块HC-SR04程序流程图设计 28
第6章总结 28
鸣谢 29
参考文献 30
附录 32
附录一元件清单 32
附录二原理图 33
附录三PCB图 34
总设计说明
超声波是指频率高于20KHZ的声波。
超声波测距传感器因其性能好、价格低廉,使用方便,在距离测量、现场机器人定位系统、车辆自动导航、车辆安全行驶辅助系统、城市交通管理和高速公路管理监测系统,以及河道、油井和仓库及料位的探测中都有应用。
利用超声波检测往往比较迅速、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。
因此在液位、井深、管道长度的测量、移动机器人定位和避障等领域得到了广泛的应用。
基于此,本次设介绍了基于单片机的超声波测距仪的原理:
由STC89C52单片机控制定时器,计算超声波自发射到接收的往返时间,从而算出实测距离。
并且在1602液晶上将测得的距离显示出来。
本设计以单片机最小系统为核心,结合超声波测距模块、电源电路模块,显示电路模块,声光报警电路模块等部分。
在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有系统框图,硬件电路图、程序流程图等。
此系统具有成本低廉、易控制、工作可靠、测距准确度高、可读性强和流程清晰等优点。
实现后的作品可用于需要测量距离参数的各种应用场合。
关键词:
超声波测距单片机HC-SR04
1
ABSTRACT
Ultrasonicreferstotheacousticfrequencyishigherthan20KHZ.Theultrasonicrangingsensorbecauseofitsgoodperformance,lowprice,convenientuse,inthedistancemeasurement,fieldrobotpositioningsystem,automaticvehiclenavigation,vehiclesafetydrivingassistantsystem,citytrafficmanagementandmanagementofexpresswaymonitoringsystem,hasbeenappliedandtheriver,wellandwarehouseandmaterialpositiondetection.Useofultrasonictestingisoftenmorerapid,convenientandsimpleterms,easytoachievereal-timecontrol,andcanmeetthepracticalrequirementsofindustrymeasurementaccuracy.Soithasbeenwidelyappliedintheliquidlevel,depth,pipelinelengthmeasurement,themobilerobotlocalizationandobstacleavoidanceandotherfields.
Basedonthis,thisdesignintroducestheprincipleofultrasonicrangefinderbasedonsinglechipmicrocomputer:
bySTC89C52MCUtimer,calculationofultrasonicfromtransmittingtoreceivingtheroundtriptime,andthuscalculatethemeasureddistance.Andinthe1602liquidcrystalonthemeasureddistancedisplay.
ThisdesignisbasedontheminimumsystemoftheMCUasthecore,combiningtheultrasonicrangingmodule,powersupplycircuitmodule,adisplaycircuitmodule,soundlightalarmcircuitmoduleandsoon.Onthebasisoftheoverallsystemdesign,andfinallythroughthehardwareandsoftwarerealizationofeachfunctionmodule.Withtherelevantpartsofthesystemblockdiagram,thehardwarecircuitdiagram,theprogramflowchartetc..Thissystemhastheadvantagesoflowcost,easycontrol,reliableoperation,highaccuracylocation,readabilityisstrongandclearflowetc..Aftertherealizationoftheworkscanbeusedforvariousapplicationoccasionstheneedtomeasurethedistanceparameter.
Keywords:
UltrasonicWaveRangingMCUHC-SR04
1
第1章测距仪现状及意义分析
1.1本课题研究意义
近年来,随着电子测量技术的发展,运用超声波作出精确测量已成可能。
随着经济发展,电子测量技术应用越来越广泛,而超声波测量精确高,成本低,性能稳定则备受青睐。
超声波是指频率在20kHz以上的声波,它属于机械波的范畴。
超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律,如在介质的分界面处发生反射和折射现象,在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。
正是因为具有这些性质,使得超声波可以用于距离的测量中。
随着科技水平的不断提高,超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。
一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量,适用于建筑物内部、液位高度的测量等。
由于超声测距是一种非接触检测技术,不受光线、被测对象颜色等的影响,较其它仪器更卫生,更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境,具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。
因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品(酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品)、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。
可在不同环境中进行距离准确度在线标定,可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制,可进行差值设定,直接显示各种液位罐的液位、料位高度。
因此,超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求,因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走,就必须装备测距系统,以使其及时获取距障碍物的位置信息。
同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点,在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
1.2国内外现状
1.2.1国内现状
随着传感器和单片机控制技术的不断发展,非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。
目前,典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD探测、雷达测距、激光测距等。
其中,CCD探测具有使用方便、无需信号发射源、同时获得大量的场景信息等特点,但视觉测距需要额外的计算开销。
雷达测距具有全天候工作,适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点,但容易受电磁波干扰。
激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势,尤其是对雨雾有一定的穿透能力,抗干扰能力强,但其成本高、数据处理复杂。
国内的早期测距仪是基于机械原理的,但随着世界的电子技术的发展,国内位移测距仪在各方面不甘落后,甚至在某一方面科技含量领先世界。
国内对超声波回报信号处理方法、新型超声波换能器研发、超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析与研究,并针对超声波测距的常见影响因素提出温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施。
随着科学技术的不断进步,超声波的应用也越来越广泛。
但就目前技术水平来说,人们利用超声波的技术还十分有限,因此,这是一个正在不断发展而又前景良好的技术。
目前,超声波测距
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- 基于 单片机 超声波 测距 系统