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1、1.1.设计的要求设计的要求1)具有超声波测距功能，测量距离0.20m5.00m测距精度1。2)实时显示测量的距离，显示格式为：X.XXm。3)LED提醒显示：距离在0.40m1.00m，表示“危险距离”并用红色LED灯指示；距离在1.00m2.00m，表示“保持距离”，并用黄书LED灯指示；距离在2.00m以上，表示“安全距离”并用绿色LED灯指示。第1页/共17页2.2.方案论述方案论述超声波测距仪利用超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远的特点测量两点之间的距离的仪器。这个设计就是利用超声波传输中的距离与时间的关系，采用了STC90C51单片机对超声波仪进行控制及数据处理，设
2、计出了能够精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要是由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块所构成。其中采用STC90C51单片机作为主控模块，用来控制超声波的发出和接受，并且计算距离。用超声波模块HC-SR04发出和接受超声波，用3位数码管作为显示模块。本次设计的超声波测距仪，具有迅速、操作方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高的特点。测量范围可达到25cm350cm，其误差1cm左右。在理论分析上达到了本次课设的要求。第2页/共17页2.1 2.1 总体方案设计总体方案设计超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远的特点，常用于测量两点之间的距离。
3、本系统要求以单片机为核心，选择超声波发射电路和超声波接收电路，组成一个超声波测距仪，并显示两点之间的距离。超声波测距仪设计中我们采用单片机作为核心，其中包括时钟电路，复位电路；以超声波模块作为超声波发射和接受装置；以三位数码管作为显示模块，总体设计方案如图：第3页/共17页2.2 超声波测距原理由于超声波指向性强，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。那么超声波测距的原理是什么呢？下面简单介绍一下超声波测距的原理。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来
4、，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。第4页/共17页3.3.硬件选择硬件选择3.1.单片机的选择在这个设计中单片机选用的是STC90C51(如图3-1),它内部集成了功能强大的中央处理器。具有以下标准的功能：32个I/O口线，看门狗（WDT），4k字节的Flash闪速存储器，128字节的内部R
5、AM，一个向量两级中断结构，两个16位定时/计数器，两个数据指针，片内振荡器及时钟电路，一个全双工串行通信口。CPU的工作在空闲方式下停止，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。STC90C51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加，减，乘，除法器和布尔处理机以及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。第5页/共17页3.23.2超声波模块的选择超声波模块的选择在超声波测距仪设计中，采用HC-SR04超声波模块（如图），它
6、性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小。可以用来设计机器人避障、物体测距、液位检测等领域。第6页/共17页 HC-SR04超声波测距模块设计的嵌入式系统这样的项目。它的分辨率为0.3和测距距离为2cm至500厘米。它采用一个5V直流电源供电，待机电流小于2mA。该模块发送的超声波信号，拿起其回波，测量所经过的时间之间的两个事件和输出波形，其高的时间是由测得的时间的距离成正比的调制。HC-SR04超声波模块引脚介绍 HC-SR04具有四个引脚即Vcc时，触发器，回声，GND和它们在下面详细解释。a.VCC：5V DC电源连接到该管脚。b.触发：触发信号开始发送到该管脚。触发信号必须是脉冲10
7、US的时候。当模块接收到有效的触发信号时，它会发出8个脉冲从发射40KHz的超声波声。这种声音的回声回升的接收器。c.回声：在此引脚，模块输出的波形以很高的时间与距离成正比。d.GND地连接到该引脚。第7页/共17页 HC-SR04 HC-SR04模块的使用模块的使用初始化时将trig和echo端口都置低，首先向给 trig 发送至少10 us的高电平脉冲（模块自动向外发送8个40K的方波），然后等待，捕捉 echo 端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空气中运行的时间，按照如下计算公式 测试距离=
8、(高电平时间*声速(340M/S)/2就可以算出超声波到障碍物的距离。第8页/共17页3.3 3.3 显示单元选择显示单元选择显示单元是计算机系统开发时使用的主要设备之一，它可将计算机的运算结果、中间结果、存储器地址以及存储器、寄存器中的内容显示出来，从而实现人机对话。可以做显示器的有：LED,LCD,CRT等。CRT就是常见的显像管式的显示器。优点是颜色视觉效果好，视角宽，可靠性高，便宜；缺点是体积大耗电多，有微量的X射线辐射。LED就是发光二极管。LED一般适合做大屏幕的显示设备，最突出的有点那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如显色性、对比度等都不如CRT显示器。但是考虑
9、到本设计需要显示测量距离，补偿温度以及危险，保持，安全等警告信号。所以选择采用128*64液晶模块。第9页/共17页4.4.软件设计软件设计4.1主程序设计根据模块的划分原则，将该程序划分为初始化模块、超声波发射控制子程序、等待回波子程序和显示子程序模块，这四个程序模块构成了整个系统软件的主程序主程序程序流程图如图4-1所示。第10页/共17页4.2超声波发射控制子程序超声波发射控制子程序要的作用是给HC-SR04超声波模块提供10us的高电平，使HC-SR04超声波模块发射40KHz的超声波。程序流程图如图4-2所示。第11页/共17页4.3 4.3 等待发射回波子程序等待发射回波子程序根据
10、HC-SR04超声波模块的时序图，超声波模块发出一个40KHz的脉冲波形式后，接收到该触发信号，程序等待，直到接收到一个有效的回波在P3.1。程序流程图如图4-3所示。第12页/共17页4.3 4.3 显示子程序显示子程序其实在等待反射回波子程序中累加器A的值就是物体之间的距离，同时在本设计中我们用三位数码管显示，所以在显示子程序中我们要将测得的距离的百位、十位、个位分离。并且我们用查表的方法显示。程序流程图如图4-4所示。第13页/共17页5、课程设计总结课程设计总结这个设计就是利用超声波传输中的距离与时间的关系，采用了STC90C51单片机对超声波仪进行控制及数据处理，设计出了能够精确测量
11、两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要是由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块所构成。其中采用STC90C51单片机作为主控模块，用来控制超声波的发出和接受，并且计算距离。用超声波模块HC-SR04发出和接受超声波，用3位数码管作为显示模块。本次设计的超声波测距仪，具有迅速、操作方便、计算简单、易于做到实时控制，并且测量精度较高的特点。测量范围可达到25cm350cm，其误差1cm左右。在理论分析上达到了本次课设的要求。第14页/共17页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第15页/共17页第16页/共17页谢谢您的观看！第17页/共17页