基于 AT89S51 的超声波测距系统的设计.docx

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1、基于AT89S51的超声波测距系统的设计摘要随着社会的发展，电子测量和非接触检测方法在生产生活中得到了越来越多的应用。相对于传统的手工检测方法，超声检测更方便，检测结果更准确，安全性更高。为了满足当前对非接触式测量方法的要求，本论文对超声测距系统进行了研究。以AT89S51单片机为核心，选择HRS-04型超声传感器对被遮挡物体的距离进行测量，并将由超声传感器获得的测距参数传送到1.CD显示器1.CD1602o通过对超声波测距系统的试验，本系统已成功地完成了一种基于超声波测距的测距方法，并且具有较高的准确度，可以很好地克服传统的手工测距方法所带来的缺点，因此，它的应用价值非常大。关键词：1.CD

2、1602；超声波传感器；单片机第一章绪论1.1 课题册究背景及意义超声技术和红外检测技术都是一门新兴的高科技，因为它自身所具有的许多优点，给人们带来了很多的方便。首先，由于其自身的优良特性，超声技术在勘探、导航等领域发挥了巨大的作用。另外，超声具有极好的直射光特性，使其在清洁、焊接等领域备受关注。在中国，由于超声技术本身的优点和会所市场的不断增长，它的发展日趋成熟，它在人们的生产和生活中变得越来越重要，它的市场规模也在不断的增长。利用超声波自身的反射和直射特性，使其在激光测距中占有重要地位。不过，因为人类对于超声波测距的技术并不精通，所以它的射程潜力还没有被开发出来。随着科技的发展，人们对超声

3、技术潜力的挖掘有着巨大的潜力，一旦超声技术的应用取得重大突破，相关的产业也会随之繁荣起来。为适应时代发展的需要，超声波测距机必将向更高的规格、更高的标准迈进。例如，与超声波测距机相关的当代声呐，其技术含量高，精度高，可辨识性强。在军事方面，声呐要求高精度，以适应水中军事行动的需求；在遥控中，对低频、高精度、易实现实时监控的声呐提出了更高的要求。为解决有关潜器声呐在浅海水域难以辨识的难题，本项目拟对声呐技术进行深入研究。要想更好地发挥水下声呐的作用，就必须改进其本身的品质，减小其噪声，并增强其与外部环境的适应性。机器智能化是当今世界的发展方向，目前，超声测距仪的研究也正在与人工智能，自动化，信息

4、技术等领域取得了很大的进展。本项目拟在现有技术基础上，将智能化、自动化与超声波测距相结合，并在其基础上植入智能芯片或新型材料，使其能够进行多功能作业和自动化作业，并研制出具有学习潜能和创新能力的智能测距机，从而极大地降低人力、物力的投入。从长远看，超声测距机的发展前景是无限的，新一代超声波测距机必将成为世人瞩目的焦点。1.2 课题研究现状在国内，中国的经济在不断地增长，消费市场也在不断地增长，在这样的大环境下，中国的超声波技术产品也是异军突起，受到了许多企业的青睐。工业是一种特殊的工业，它在人们的生活和生产中扮演着重要的角色。基于此，中国的超声科技产业日渐兴旺，产业链持续优化与完善，推动了超声

5、科技产品的更新与更新。当前，超声技术在医疗、清洁焊接、检测、生物工程、国防等诸多领域得到了广泛的应用，其产品种类繁多，已经成为人们口常生活中不可缺少的重要组成部分。目前的超声测距系统中都包含了超声传感器，利用超声传感器的高灵敏度、超高信噪比和良好的方向性，可以极大地降低人工的工作负荷，提高工作效率。超声探测因其非接触特性，可实现无人探测，为人们探索未知区域，降低未知探测环境对人体健康的危害，同时对探测设备的安全起到重要作用。举个例子，在深海中，因为压力太大，人们不知道它的深度，也不知道它的情况。1.3 本设计的任务和主要内容采用AT89S51单片机与超声波测距模块相结合，研制了一种新型的激光测

6、距装置，该装置可以精确地测出物体与障碍物之间的距离，并且可以在液晶显示屏上进行显示。本文的研究工作包括：结合复位电路和晶振电路，建立和应用最小化的晶振电路，利用超声传感器对被测对象进行无接触测量，并向主控单元发送测距信息。介绍了1.CD16021.CD显示各元器件的发光方式及所需显示的内容，并结合周边组件的工作原理进行了电路设计及源代码的编写。在设计的过程中，学生可以学会如何使用制图软件来绘制实体图，利用KEI1.软件对源代码进行编码，利用基本的工具对软件和硬件进行调试，最后完成了超声测距系统的数据融合设计。主要工作如下：1、对当前超声测距系统的功能进行了简单的分析，它能带给人们什么价值，但也

7、有什么缺点，首先，我们审视了国内外超声测距技术的发展脉络及其前景展望，着重探讨了其历史演变与未来趋势；2、其次，针对超声波测距系统的功能性需求进行了深入剖析，确保设计目标明确，对系统的整体构想和特定硬件组件型号进行了详尽的研究；3、在硬件模块层面，我们对每个单元的功能特性及电路结构进行了精细的剖析，包括核心的微控制器（MCU）以及其他组件，构建了详尽的系统电路图示；4、接着，我们在C语言编程环境中，细致解析了主函数和子函数的交互逻辑，同时对整个系统软件的工作流程进行了严谨的验证，生成了适用于超声测距的完整程序流程；5、最后，将数据融合软件算法与硬件电路无缝集成，形成了一套完整的、功能齐全的超声

8、波测距解决方案，并对该系统进行试验验证；6、总结出该系统在实际检验和实际操作中的优势与劣势，并对其进行进一步的改进和改进，让超声测距系统的性能更好地满足人们的需要。第二章超声波测距系统方案设计本论文提出了一种采用单片机为主要控制单元的超声测距系统，它与传感器技术相结合，实现了距离的测量和显示。在这一章中，我们会分析超声波测距系统的功能要求，并根据该系统的要求，对其进行设计，最终选出最适合的器件。2.1功能需求分析超声波测距系统的设计是利用超声传感器进行非接触式的测距，并且能够进行显示，其功能也更加适应当今社会对测距的要求。本发明提供了一种新的超声波测距方法：(1)超声波传感器方式检测距离遮挡物

9、的距离；(2)测量数据的显示可显示。2.2系统总体方案框图设计超声波测距系统以最小的单片机系统为主要控制单元，通过它来控制外围的传感器，以无接触的方式进行测量，并通过传感器测量到的距离信息进行显示。超声波测距系统设计的总体方案框图如图2-1所示。2.3主要元器件方案的选择2.3.1单片机方案的选择解决方案1.AT89S51单片机在设计单片时，也在RAM存储区间中设定了一个双功能的地址区间，单片机可以完成乘除法的指令与运算，普通的八位单片机并没有乘除法的功能，在使用的时候还需要再写一段程序来调用，不方便，而AT89S51则具有灵活、方便的特点，这对新手来说很有帮助，为初学者带来了极大的便利。解决

10、方案2:STM32单片机是ST公司研发的一款高端产品，其性能在单片机系列中属于比较高端的，功能很强。其核心采用ATMCorteX-M,该核心价格相对低廉，能耗也较低，在STTM32的性能上显得十分出色。然而，STM32单片机在编程时，对系统的要求很高，而且还需要专门的软件进行下载，操作不便。结论：AT89S51在设计上更具灵活性，其性能与超声波测距系统相适应。2.3.3显示模块方案选择解决方案1：1.CDI602这款屏幕采用了液晶显示形式的屏幕，此外，该设备配备了背光功能，使得在夜晚或低光照环境下仍能正常使用。如果显示器缺乏此功能，其在光线不足的条件下将无法操作。该装置拥有11个数据引脚和5个

11、额外接口，在设计时，无论是软件还是硬件的集成都更为简便。它能够展示基础的图形元素，包括数字和字符，因此适用于各种项目展示。这种类型的显示屏不仅广泛应用于各种设计领域，还在超声波测距系统中发挥着作用。解决方案2：数码管显示器基于段码技术，通常有多种位数形式，如单位、双位乃至三位或四位数码管。每种位数的数码管因其结构差异，所能够呈现的数字和字母组合也各有特色。，为了便于直观地显示，可以采用数码管。但由于数字管型式的限制，它不能象液晶1602那样可以显示大量的文字，另外，对于超声测距系统来说，它要求显示的参数较多，数字管回路比较混乱，所以不适用。结论：1.CDI602完全满足了超声测距的需要，而且操

12、作方便，因此首选方案1。2. 3.2测距传感器方案选择解决方案1：采用HC-SRO4型超声传感器，具有良好的指向性和高频率的优势，并将温度补偿电路整合到模块中，通过其独特的声波特性，精确地测量物体的距离、高度和水位等。HC-SR04是一款采用传统超声技术构造的超声传感器，它对物体的颜色、材质和周围光线都没有影响。解决方案2：T30UX1BQ8型测距传感器是由美国邦纳BANNER公司开发的，其最大的特色是对电磁、RF等方面做了很大的改进，可以满足某些盲区的要求，并配备了相应的温度补偿电路，但它的价格比HC-SRo4贵了400多倍，成本也很高，同时还需要24V的工作电压，无法满足超声测距系统的供电

13、要求。结论：HC-SR04在价格、电源和性能等方面都满足了要求。2.4 本章小结在这一章中，重点介绍并分析了超声测距系统所要实现的功能，在理解了系统所要实现的功能之后，用框图来设计方案，最后按照这个方案，比较了超声测距系统所需要的主要设备型号，以此来确定具体的设备型号。第三章超声波测距系统电路设计2.5 单片机电路设计作为超声波测距系统的主控制器，AT89S51单片机有着重要的核心指挥作用,而就单片机而言，单片机的最小系统一定是核心中的核心。2.5.1 晶振电路AT89S51单片机配置了双重时钟源，即XTA1.l和XTA1.2,尽管它们作为基础的内置振荡模块。然而，由于内置振荡性能可能无法充分

14、满足微处理器对于精确定时的需求，因此在XTA1.I和XTA1.2外部扩展了一套精密振荡系统。这个外部振荡器采用了高品质的晶振元件，其工作频率被设定为稳定的11.0592兆赫兹。为了优化谐振性能，它与一组精心挑选的共30个电容器紧密配合，共同构建出高效且精准的晶振电路结构。晶振电路设计如图3.1所示。30pF图3.1晶振电路2.5.2 复位电路AT89S51的引脚中还包含了一个重置管脚，既可以通过程序重置，也可以通过按键重置。在此系统中，选择了更为便捷的重置键，只要按下此键，即可重新启动程序。在该电路中，将一个键直接与AT89S51的RST管脚相连，再与IOK电阻、10UF电容相匹配，组成一套完

15、整的按键重置电路，完成按键重置程序。图3.2为系统复位电路设计。图3.2系统复位电路2.5.3 电源电路本系统所采用的微控制器和其他元件均采用5V电压，采用5V适配器即可为系统供电。超声波测距系统采用外部5V电源，这是按照系统的要求设置的，在焊接电路和画原理图时，要与电源插头相连，为了便于开关操作，还添加了一个自锁开关，它可以像电灯、电视等家用电器的开关一样，当不使用时，可以将系统关掉，从而节省能源和能源。系统电源电路如图3.3所示。图3.3系统电源电路2.6 1.CDl602液晶显示电路设计采用1.CD1602液晶显示器对超声波传感器所测得的距离及其他内容进行了显示。这种液晶可以显示数字，6

16、个字符，这个1.CD屏幕和MCU的控制时序管脚是RS,RW,EN三条控制线，就可以进行时序控制。根据定时控制写入指令和写入数据，单片机对液晶屏的DO到D7的数据引脚进行控制。为使1.CD的VO引脚显示更清楚，需在1.CD的VO引脚上附加一个滑动电阻，以调整其对比度，以提高显示效果，一般选择的滑动电阻为10O通常在1.CD16021.CD的内部寄存器中加入了大量的显示函数控件，如滚动显示，字符闪烁显示等，为设计添加了显示效果。下面的图3.4为1.CD屏幕的显示地址区示意图，一般情况下，在写代码的1.CD1602包含11个数据引脚和5个特殊引脚，其中数据引脚可以与探测模块和获取芯片相连，VSS引脚，VO引脚，GND引脚，10K电阻，可以用来调整显示器的分辨率。如果显示器不够清晰，调整IOK电位器即可6。寄存器选择管脚为1.C