超聲波測距儀單片機課設(shè)實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微機原理與單片機系統(tǒng)課程設(shè)計評語：考勤10分守紀10分過程30分設(shè)計報告30分答辯20分總成績（100分）專 業(yè)： 軌道交通信號與控制 班 級： 交控1305 姓 名： 賀云鵬 學 號： 指導教師： 李建國 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2015 年 12 月 30 日超聲波測距儀設(shè)計1 設(shè)計說明1.1 設(shè)計目的超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的。超聲波在氣體、液體及固體中以不同速度傳播，定向性好、能

2、量集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力較強。超聲波能以一定速度定向傳播、遇障礙物后形成反射，利用這一特性，通過測定超聲波往返所用時間就可計算出實際距離，從而實現(xiàn)無接觸測量物體距離。超聲波測距迅速、方便，且不受光線等因素影響，廣泛應用于水文液位測量、建筑施工工地的測量、現(xiàn)場的位置監(jiān)控、車輛倒車障礙物的檢測、移動機器入探測定位等領(lǐng)域。1.2 設(shè)計方法本課題包括數(shù)據(jù)測距模塊、顯示模塊。測距模塊包括一個HC-SR04超聲波測距模塊和一片AT89C51單片機，該設(shè)計選用HC-SR04超聲波測距模塊，通過HC-SR04發(fā)射和接受超聲波，使用AT89C51單片機對超聲波進行計時并根據(jù)超聲波在空氣中速度為340

3、米每秒的特性計算出距離。顯示模塊包括一個4位共陽極LED數(shù)碼管和AT89C51單片機，由AT89C51單片機控制數(shù)碼管動態(tài)顯示距離。1.3 設(shè)計要求采用單片機為核心部件，選用超聲波模組，實現(xiàn)對距離的測量，測量距離能夠通過顯示輸出(LED，LCD)。2 設(shè)計方案及原理2.1超聲波測距模塊設(shè)計HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。當提供一個10uS以上正脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通

4、過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離由以上信息，在設(shè)計時選用兩個定時器，定時器1用來定時800ms，當產(chǎn)生中斷時，啟動HC-SR04超聲波測距模塊，即給其TRIG（發(fā)射）口送一個持續(xù)20ms的正脈沖，定時器0用來對超聲波傳遞時間進行計時，即當ECHO（回波）口為高電平時啟動計時，當ECHO口變?yōu)榈碗娖綍r關(guān)閉計時。再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度為340米每秒，通過AT89C51計算出距離，當距離超過400cm時，顯示8888，表示超出工作距離。2.2 LED顯示模塊設(shè)計將算得的距離通過一個4位LED數(shù)碼管采用動態(tài)掃描進行顯示。 2.3 其他功能的設(shè)計考慮到實際的需求，本設(shè)計還應增加

5、以下功能：1、增加一個指示燈。當ECHO（回波）口為高電平時，即超聲波信號在空氣中傳播時，指示燈點亮。當數(shù)碼管不能正常點亮時，若指示燈正常指示，則說明LED顯示模塊發(fā)生故障；若指示燈不能正常點亮，則說明超聲波測距模塊發(fā)生故障。2、 增加一個鎖存按鈕。由于設(shè)計時我們設(shè)計的為每800ms超聲波測距模塊啟動一次，由于定時器會產(chǎn)生誤差，造成測得距離不斷變化，增加一個鎖存按鈕，當確定顯示結(jié)果穩(wěn)定時，按下按鈕時，關(guān)閉超聲波測距模塊，可以使結(jié)果清楚顯示。3、增加一個待機按鈕。當按下鎖存按鈕后，再按下待機按鈕，這時關(guān)閉LED顯示，若再打開待機按鈕，這時LED啟動工作，顯示的數(shù)值為上一次被測距離。2.4 設(shè)計成

6、本及定價成本：1、HC-SR04超聲波測距模塊1個3.3元 2、AT89C51單片機1個2.5元 3、四位LED數(shù)碼管1個1.5元 4、晶振1個0.17元 5、電路板1個0.57元 6、其他開關(guān)、電阻及電容總計0.5元總計：8.54元市場平均價格：12元預計定價：10元利潤：1.46元3 硬件設(shè)計此系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括HC-SR04超聲波測距模塊、AT89C51單片機、4位LED顯示模塊，并連入指示燈、待機開關(guān)和鎖存開關(guān)。仿真時，將HC-SR04超聲波測距模塊用一個555延時電路來代替即可，其中調(diào)節(jié)改變滑動變阻器的阻值可以模擬被測物體距離的變化。實驗仿真電路圖如圖1所示。圖1 設(shè)計硬件電路圖

7、4 軟件設(shè)計此系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括超聲波測距模塊設(shè)計、LED顯示模塊設(shè)計、和其他拓展模塊。采用定時器1每800ms發(fā)射一個脈沖信號啟動超聲波測距模塊，采用定時器0計算超聲波傳播時間，并通過一個計算函數(shù)算得距離，然后送LED顯示屏進行動態(tài)掃描并顯示結(jié)果。4.1 程序流程圖主程序流程圖如圖2所示。 圖2 程序流程圖4.2程序基于AT89C51單片機的超聲波測距源程序見附錄一。5 系統(tǒng)仿真及調(diào)試結(jié)果基于AT89C51單片機的超聲波測距仿真結(jié)果見附錄二。基于AT89C51單片機的超聲波測距調(diào)試結(jié)果如圖3所示。圖3 系統(tǒng)程序調(diào)試結(jié)果6 總結(jié)本設(shè)計通過對超聲波測距的研究，與單片機結(jié)合，實現(xiàn)了超聲波測距的

8、目標，并增加了數(shù)據(jù)鎖存、指示燈和待機的功能。仿真時由于軟件中沒有HC-SR04模塊，因此用555延時電路來代替。通過這次課程設(shè)計，我加深了對單片機的理解，也為以后更好的運用打下了基礎(chǔ)。最后要感謝李老師的指導，在李老師的耐心解答下，我受益匪淺。參考文獻1 李積英.數(shù)字電子技術(shù).中國電力出版社,20112 深圳市捷什科技有限公司.HC-SR04超聲波測距模塊說明書.3 彭江.單片機原理及接口技術(shù)的開發(fā)J.軟件導刊,2011,12(8):66-70.4 王思明.張金敏.茍軍年.張鑫.楊喬禮.單片機原理及應用系統(tǒng)設(shè)計.科學出版社.2012附錄一：實驗源程序 #include<reg51.h>

9、;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int #define LED_port P0 /用于LED段選#define LED_pos P1 /用于LED位選sbit qq=P26; /待機按鈕sbit suocun=P21; /鎖存結(jié)果sbit RX=P14; /回波sbit TX=P15; /送波sbit D1=P37; /接收指示燈uint time=0; /定時器0時間uint timer=0; /定時器1時間unsigned long S=0; /用于顯示最后計算得到的距離unsigned long W2=0,0; /用于比

10、較兩次測算距離大小 bit flag =0; /定時器0中斷溢出標志位uchar value4; uchar code LED_seg10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; /數(shù)碼管段選 uchar code pos4=0x01,0x02,0x04,0x08; /數(shù)碼管位選/*/ void Delay(uchar t) /延時函數(shù) uchar i,j,k; for(i=0;i<t;i+) for(j=0;j<20;j+) for(k=0;k<20;k+);/*/void value_shift(uchar v

11、alue) /將距離值的每一位放到數(shù)組中 value0=S/1000; value1=S/100%10; value2=S/10%10; value3=S%10;/*/void Display(uchar value) /數(shù)碼管顯示 uchar i; for(i=0;i<4;i+) LED_pos=posi; LED_port=LED_segvaluei; Delay(1); /*/void zd3() interrupt 3 /T1中斷用來掃描數(shù)碼管和計800MS啟動模塊 /這是計時器1中斷 TH1=0xf8; /賦初值，2msTL1=0x30;timer+;if(timer>=

12、400) timer=0; TX=0; /800MS 啟動一次模塊 /Delay(30); /一次超聲波信號時長30ms,仿真時只需加負脈沖，故屏蔽此句 TX=1; /*/void zd0() interrupt 1 /T0中斷用來計數(shù)器溢出 flag=1; /中斷溢出標志/*/void Count(void) /計算程序time=TH0*256+TL0; /這是最后算到的時間，往返時間，但應該再乘以12/11.0593M是一個機器周期，時間應該是time*12/11.059TH0=0; /定時器0的初始值為0TL0=0; S=(time*1.845)/10; /算出來是mm，time*12*

13、170/(11.0592*1000)mm=time*（1845/10000） mmW0=S; if(W0-W1)2)<=100) /進行校正，若兩次結(jié)果相差小于10mm，則采用前一次結(jié)果 S=W1;else W1=S;if (S>=4000) /最大距離4m，即4000mmS=8888;if (flag=1) /判斷是否溢出 S=8888;flag=0;TH0=0;TL0=0; /*/ void main( void ) TMOD=0x11; /設(shè)T0為方式1，T1為方式1TH0=0; /中斷0初始化 TL0=0; /中斷1初始化TH1=0XF8;TL1=0X30; ET0=1; /允許T0中斷ET1=1;TR1=1;qq=1;suocun=0;EA=1; while(1) while(!RX); /當RX為零時等待，即echo為低電平 TX=1; TR0=1; D1=1; /開啟計數(shù) while(RX); /當RX為1計數(shù)并等待 TR0=0; /關(guān)閉計數(shù) D1=0; /關(guān)指示燈 while