超声波测距系统

1、湖北省高等教育自学考试毕业论文论文题目：超声波测距系统的设计主考院校：武汉大学专 业：电子工程指导老师：张铮老师考生姓名：胡林刚准考证号：0135112104502021年03月18摘要论文的内容是基于AT89C51单片机超声波测距系统的设计，主要是利用超 声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体。该系统 采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。论文概述了超声波测距的开展及根本原理，对于系统的一些主要参数进行 了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的根底上，提出了系统的总体构成。 并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介 绍，并阐述

2、了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现 系统功能。该系统设计主要由主控制器模块、超声波发射模块设计、超声波接收模块、 报警模块和显示模块等五个模块构成。这套系统抗十扰能力强、实时性良好， 经过系统扩展和升级，可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人 驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。关键字：单片机、超声波、传感器、LED测距1目录摘要I第1章：绪论 .21.1选题背景.21.2设计意义.21.3超声波测距系统在我国的开展 .3第2章系统构成及工作原理 .42.1超声波简介与应用 .42.2系统的设计思路.42.3系统的工作原理 .5第3章 系统

3、硬件电路设计 .73.1单片机的选择.73.2超声波测距发射电路的设计 .93.2.1超声波电路的设计 .93.2.2反相器74LS04简介 .103.3超声波测距接收电路的设计 .113.4显示模块的设计133.4.1 LED数码管简介 .143.5报警模块的设计 .143.6时钟电路的设计 .163.7复位电路的设计 .17第4章软件系统的设计 .174.1软件设计分析 .174.2系统软件设计184.2.1主程序184.2.2超声波产生子程序 .19第五章：结论 .21参考文献 .21致谢 .22附录一总电路图 .23附录二 程序.242第一章绪论1.1选题背景随着科技开展的不断进步，自

4、动测量技术不断更新，非接触式测量技术也 有了长足的开展。在很多工控场合，测量的物体是不能够直接接触到的，或者 是测量物体不宜直接接触，这个时候就要用到非接触式的测量仪器。自物理学 上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波 的方法，从此超声波技术得到广泛运用。而在超声波测量领域，尤其是在测距 领域，结合各种其他技术的应用，超声波测量变得十分普及。超声波可用丁非接触测量，具有超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁 场不敏感，不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超 声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。 而且超声波传播速度在

5、相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来 越受到人们的重视。 超声波测距方法相对丁其他的测距方法有自己独特的优 点。(1)相对丁声波，超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中的衰减 较小、反射能力较强等优势。(2)相对丁光学方法，超声波的波速小，可以直接测量较近目标的距离， 纵向分辨率较高；对色彩、光照度、电磁场不敏感，被测物体处丁黑暗，有灰 尘，烟雾，电磁干扰，有蠹等恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘 测方面具有独特的优点。(3)超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易丁 小型化与集成化。随着科学技术的快速开展，超声波的应用将越来越广。但就目前技术水平 来

6、说，人们可以具体利用的超声波技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃 开展而乂有无限前景的技术及产业领域。1.2选题意义距离在很多场合和控制中需要实时检测，所以，测距就成为数据采集中重 要的一环。尽管测距有多种方式，比方：激光测距、微波测距、红外线测距和 超声波测距等。但是超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距 电路多种多样，可是有的电路复杂、技术难度大，有的调试困难，有的元件不 易购置，这就在一些方面限制了超声波测距系统的应用。本设计的电路，本钱 低廉、性能可靠、所用元件易购，结合单片机的数据处理，电路实现容易，工 作稳定可靠。由丁超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较

7、远，因而超 声波经常用丁距离的测量，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拟迅速、方便、计算简单。超声波智能测距仪具有广泛 的实际用途，超声3波测距仪广泛应用丁生活、军事等各个领域，如施工建筑单 位对空间距离的测量、汽车倒车防撞系统、潜水艇的超声波探测定位系统。超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用，如汽车倒车雷达等，它们 测距精度一般较低。目前对超声波高精度测距系统的需求越来越大。 展望未来, 超声波作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的开展空间， 它将朝着更高精度，更大应用范围，更加高定位高精度的方向开展，以满足日 益开展的社会需求。1.3.2

8、超声波测距系统在我国的开展超声波测距技术作为检测技术的重要手段之一， 在其开展过程中起着重要 的作用。由丁其信号的高频特性，超声测距早期仅使用模拟量信号的分析，大 局部检测设备仅有A扫描形式，需要通过有经验的人员对信号进行人工分析才 能得出正确的结论，对分析人员的要求较高，因此，人为因素对检测的结果影 响较大，波形也不易记录和保存，不适宜完成自动化检测。八十年代后期，由丁计算机技术和高速器件的不断开展，使超声波信号的 数字化采集和分析成为可能。目前国内也相继出现了各类数字化超声波测距设 备，并已成为超声波检测的开展方向。厦门大学的某位学者研究了一种回波轮 廓分析法。该方法在测距中通过两次探测求

9、取回波包络曲线来得到回波的起点， 通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的 文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些 处理方法都取得了较好的效果。目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向开展，数字式超声波测距 系统的开展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析 系统。随着测距技术研究的不断深入，对超声测距系统功能要求越来越高，单 数码显示的超声测距系统会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声 测距仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测，记录，存 储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研

10、制成功。超声仪研 制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的2000A型超声分析检测仪, 是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处丁微处理器的控制管理 之下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型 打印机打印。其数字和波形都比拟活晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电 存储功能，其申口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开 发。与国内同类产品相比，设计新颖合理，功能齐全，在仪器设计上有重大突 破和创新，到达了国际先进水平。第二章系统构成及工作原理2.1超声波简介与应用声波是物体机械振动状态或能量的传播形式。所谓振动是指物质的质 点在其4平衡位置附

11、近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动， 这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播， 这便是声波。 超声波是指振动频 率大丁20000Hz以上的，其每秒的振动次数频率甚高，超出了人耳听觉的 上限20000HZ,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上 是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内 会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距 离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。由丁超声波具有如下特性：超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质 中有效传播；超声波可传递很强的能量；超声波会产生反射、干预、叠加和共 振现象；超

12、声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。超声效应已广泛用丁实际，主要有如下几方面：1超声检验。超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术，超声测量。2超声处理。超声焊接、钻孔、固体的粉碎、孚L化、脱气、除尘、去锅垢、 活洗、灭菌、促进化学反响和进行生物学研究等。3根底研究。超声波作用丁介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过 程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收 见声波。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。2.2系统的设计思路超声波测距系统包括超声波的发射与接收系统、报警系统和显示系统。其

13、结构框图如图2-1所示：5超声波测距系统能够在必要的时候例如：汽车倒车通过单片机控制发 射电路发射超声波，超声波向前传播。当超声波遇到障碍物时会反射回来，由 接收电路接收。接收电路会把信号传送到单片机中，由单片机进行相关的数据 处理。所得到的结果会通过LED数码管显示出来。如果距离小丁一个特定的值， 单片时机发出指令让报警装置发出相应的警报声。在此过程中，如果发射装置 与障碍物之间有相对运动，那么LED数码管会不断地显示两者之间最新的距 离。而单片时机对距离的变化情况发出不同的指令。如果两者的距离超出一定 的范围本次设计是四米，就不再会进行报警。但是如果两者之间的距离不断 缩小，那么报警的声音

14、就会发生变化，以便能够给人们提示。本系统的设计主要分为系统硬件电路的设计和系统软件程序的设计两部 分。系统硬件电路局部由单片机最小系统模块、显示模块、语音报警模块、时 钟模块、复位模块组成。单片机为系统主控芯片，超声波传感器作为测量器件， 通过单片机进行程序处理，最后通过显示模块显示出测量的距离值并进行报警。2.3系统的工作原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波向 前传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止 计时。假设超声波在空气中的传播速度为v,根据计时器记录的时间t,发射点 距障碍物的距离H,如图2-3所示：6障研物T辿拭切妾火探汉图2

15、-3超声波测距原理图2-3中被测距离为H,两探头中心距离的一半用Mg示，超声波单程所走过 的距离用L表示，由图中关系可得：H= Lcos 0(1)0 =arctan( M/H )(2)将式(2)代入式(1)得：H =L cosarctan(M/H ) (3)在整个传播过程中，超声波所走过的距离为：2L = vt(4)上式中：v为超声波的传播速度；t为传播时间，即为超声波从发射到接收 的时间。将式(4)代入式(3)可得：H = 0.5vt cos arctan(M/H )(5)当被测距离H远远大丁M时，丁是式(5)变为：H = 0.5vt(6)这就是所谓的时间差测距法。首先测出超声波从发射到遇到

16、障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。r7第三章系统硬件电路设计3.1单片机的选择在系统的设计中，选择适宜的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务 的关键，而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重。选择单片机需要 考虑以下几个方面：单片机的根本性能参数。例如指令执行速度、程序存储器容量、I/O引脚 数量等。单片机的存储介质。对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP一次性 可编程存储器相比拟，最好是Flash存储器。芯片的封装形式。如DIP双列直插封装，PLCCPLCC有对应插座 封装及外表贴附等。芯片的功耗。 比方设计并口加密狗时， 信号线取电只

17、能提供几mA勺电流，选用AT单片机就是因为它能满足低功耗的要求。供货渠道是否畅通、价格是否低廉。芯片保密性能好、单片机的抗十扰性能好。AT89C5住指令系统、 硬件结构和片内资源上与标准8051单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为Pin-to-Pin兼容。AT89系列单片机高速最高时钟频 率90MHz低功耗，不占用户资源。根据本系统的实际情况，选择AT89C5H片机。I/O端口的编程实际上就是根据应用电路的具体功能和要求对I/O存放器进行编程。具体步骤如下：1根据实际电路的要求，选择要使用哪些I/O端口，用EQU伪指令定义其相应的存放器；2初始化端口的数据输出存放器，应防止端口作为输

18、出时的开始阶段出现不确定状态，影响外围电路正常工作；3根据外围电路功能，确定I/O端口的方向，初始化端口的数据方向寄 存器。对于用作输入的端口可以不考虑方向初始化，因为I/O的复位缺省值为 输入；4用作输入的I/O管脚，如需上拉，再通过输入上拉使能存放器为其内 部配置上拉电阻；5最后对I/O端口进行输出写数据输出存放器和输入读端口编程，完 成对外围电路的相应功能。8图3-1 AT89C51的引脚图图3-2 AT89C51单片机芯片外观图根据系统设计要求，各接口功能如下：P1.0:产生输出一个40KHZ的脉冲信号。P1.1:产生输出一个40KHZ的脉冲信号。P1.2:产生输出一个40KHZ的脉冲

19、信号。INT0:产生中断请求，接前方测距电路。INT1:产生中断请求，接前方测距电路。P1.3:接ICA3输入端，用丁中断优先级的判断。P1.4:接ICA3输入端，用丁中断优先级的判断。P0.0:用丁显示输出，接显示器。P0.1:用丁显示输出，接显示器。Pi-OEZP1 .1 L_ F=M HZ尸11 .3L一4匚P1 .5匚H1旧匚P1 7 HZnST 匚(RXDR-3-O C(TX：D) F*3-1 匚(IMTOJP-2* L (IBM1T1 P3.3EZCTOJ 尸目一4匚(T1)HZ(WR) P3：.eczFO)尸37 EZXTALtiHZXTAL 1EZ ONCJn CZZZJ vc

20、ci Po-o(AOOI二IPO.1 (ADI) l尸 dN2) ZJ PO.3 SD3)ZZJ Pdq PZ3-1PSEN二 I 户乏了(AlBZZB(A 1 4ZZJ Pi?_5 (Al3 IF*a4 (A 1 2ZJl F-Z.s二I F*N艺(A1 O 二IPd 1 (AAZZJI FNQ(Aa9P0.2:用于显示输出，接显示器。P0.3:用于显示输出，接显示器。P0.4:用于显示输出，接显示器。P0.5:用于显示输出，接显示器。P0.6:用于显示输出，接显示器。P0.7:用于显示输出，接显示器。P2.7:接报警电路。P2.0:接报警电路。P2.1:接报警电路。XTAL1接外部晶振的一

21、个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，引脚应接地。XTAL2接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和 内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，那么此引脚接外部振荡信号的输 入。RST AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片要复位时， 只要将此引脚电位提升到高电位,并持续两个机器周期以上的时间,AT89C51便 能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能存放器的内容均被设成状 态。3.2超声波测距发射电路的设计发射电路主要由反向器741S04和超声波发生器T构成，单片机P2.5端口 输出的40kHz的

22、方波信号一路经一级反向器后送到超声波发生器的一个电极， 另一路经两级反向器送到超声波的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加 到超声波发生器两端，可以提高超声波的发射强度。电路设计如图3-3所示。10图3.33.2反相器74LS04简介反向器74LS04是6非门，其工作电压为5V，他的内部含有6个CMOS反 相器，74LS04的作用就是反相把1变成0。下表3-1是其工作范围的分布情况,图3-4为引脚图介绍。表3-1执行工作的极限值符号最小值取大值单位VCC电源电压4.755.25VTA工作温度范围075CIOH最大输出电流8mAIOL最小输出电流-0.4mAGND图3-474LS04引脚图U5

23、1P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INTOP20INTDP21P22T1P23T0P24P25EAVPPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALEPWRPSEN39R2VCCI1KU4B11AVCC21Y6A32A6Y42Y5A513A5Y63Y4A十GND4YVCC玷cc同 旧m m而I rn3433212531281918917AT89C51262713瑚-38-37T36-35213-5-22234-6n1011151430R1874LS0410b1413l_JLJJm kJ LJ LJ L1J113.3超声波测距

24、接收电路的设计超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计 采用TCT4O 16T/R,否那么将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。 由丁经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。正弦波 信号不能直接被单片机接收，必须进行波形变换。按照上面所讨论的，单片机 需要的只是第一个回波的时刻。接收电路的设计采用CX20216A这是一款红外线检波接收的专用芯片。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波发射电路。下面对红外遥控接收器集成电路CX20216A故一个简要的介绍。CX20216必日本索尼公司生产的彩

25、电专用红外遥控接收器，采用单列8脚直插式，超小型封装。CX20216A勺根本性能如下：1 电源电压典型值5V,最 大17V。2电源电流1.12.5mA典型值为1.8mA。3输出低电平0.2V。4电压增益7779dB。5 输入阻抗为27kQ。6滤波器中心频率f0为3060kHz。其内部结构如下列图3-5所示，各引脚功能如下表3-2所示。图3-5 CX20216A内部结构图表3-2 CX20216A引脚功能红外信号增益检测端输入端调节端地 带通滤 积分端信号 电源端波器调输出端12引脚名称功能1IN信节输入端2C1RC网络连接端，该端与地串接一RC网络，以确定前置放大器的频 率特性与增益。R阻值大

26、，C容量小，增益低；反之那么高但C不宜 过大，否那么瞬态响应速度会降低。3C2检波电谷连接端，该端与地接检波电谷，电谷里大，那么为平均值检 波，瞬态响应灵敏度低；电容值小，那么为峰值检波，瞬态响应灵敏 度局，但检波输出的脉宽发动大。4GND接地端5f0带通滤波器中心频率设置端，通过该脚与电源正端 A 电阻R来确定f0 ,当R=200千欧时，中心频率f0=40KHZ;当R=220千欧时， 中心频率f0=38KHZ。6C3积分电容连接端，该脚所接积分电容标准值为330PF,当电容值增大时，那么外部滤波干扰增强，而且输出脉冲的低电平持续时间增加。7OUT信/俞山端，该端口为集电极开路输出， 当该脚与

27、电源正端接22千欧的电阻时，输出脉冲低电平的标准值约为0.2V8VDD电源正端，接+5VCX20216A勺内部主要包括前置放大器，限幅放大，带通滤波，峰值检波， 积分滤涉及波形整形电路等。根本原理如下：接收换能器把超声波回波转换为 相应频率的数字编码脉冲调幅波，并由1脚进入集成放大器的正相输入端。2脚是放大器的反相输入端，外接RC负反响网络，可以决定和调节放大器的频率 特性和电压增益，当电阻值小或者电容值大时，电压增益高，通频带窄；反之， 电压增益低，通频带宽。在放大器输入端设置有ABLCm路即自动偏压电路或 者自动电平控制电路，它可使放大及限幅电路输出电平稳定的编码信号，可自 动调整放大器的

28、偏置电压，使放大器的输出电平稳定。然后，信号进入限幅放 大器,可以滤除杂乱的寄生调幅和其他干扰，输出包络脉冲顶部平直的编码脉 冲调幅波。信号再进入带通滤波器，滤除频率范围30-50KHZ以外的干扰信号。5脚外接电阻。调节其阻值可调节带通滤波器的中心频率值。然后信号进入峰 值检波器，对编码脉冲的调幅波进行振幅检波，解调出数字编码脉冲信号，3脚外接电容是峰值检波器的滤波电容。检波出的信号再送到整形电路中进行波 形转换与整形，最后由7脚输出数字编码脉冲信号，送至CP城识别，处理。6脚外接积分电容，可以滤除已调波的载波频率分量。而由检波器输出的数据编 码信号，CPU不能识别，故在检波器后设置由积分电路

29、和磁滞回线型比拟器组 成的整形电路，整形电路是一种波形变换电路，它可将检波器输出的宽度编码 脉冲整形变换为CPU所能识别的数13字信号。而实用的波形整形电路是积分电路14和施密特比拟器组成的电路。接收电路如图3-6所示,CX2021A图3-6超声波接收电路图3.4显示模块方案的设计显示模块的设计可采用12MHz精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率， 减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波所需的40KHz方波信号，利用外 中断0口检测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的共阳LED数码管，位码用PNP三极管驱动。本设计的显示电路原理图如下列图3-7所小012345678KVCC

30、15图3-7显示电路的设计3.4.3 LED数码管简介LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一 般亮和超亮等不同之分， 也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显 示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管 组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA发光二极管的阳极连接到一起连接到电

31、源正极的称为共阳数码管，发光二极管 的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。LED结构图如图3-8所示。A a C D E F G Dp10 9 7 5 4 2 I 63-8 LED结构图E-b-b- a-a- * *J J、1 11 1LLLL kJkJ kJkJ LrJLrJ 1 1、-|-|1 1二、-|、.-、*163.5报警模块的设计随着科技的开展和产品的集成化，语音芯片已经逐渐替代了多种语音 设备应用各场合。语音芯片主要特性是功耗低，抗干扰能力强，外围器件 少，控制简单，语音保存时间久某些语音芯片可以

32、保存内容100年，掉电不丧失语音，局部芯片还可以重复擦写语音内容。如汽车倒车雷达， 公交车报站器，银行排队机、语音玩具、防盗系统等设备都装备了语音芯 片。语音芯片从使用功能上，根本可以划分为录音语音芯片和放音语音芯 片。通常带有录音功能的语音芯片都具有回放语音的功能，所以我们选用ISD1110芯片，如图3-9所示。17图3-10 ISD1110引脚图它是有28条引脚的双列直插式芯片。各条引脚的功能含义说明如下A0-A7:引脚1-6,9,10 ,地址输入端或控制命令输入端。A7,A6同时为高电平时,A4-A0为控制命令；否那么，A7-A0为地址DGND:引脚12,数字信号地线。AGND引脚13,

33、模拟信号地线。SP-, SP+扬声器连接端，输出音频信号。V+:模拟信号电源，+5V。MIC:引脚17,话筒输入端。MIC REE引脚18,话筒参考输入端。AGC引脚19,自动增益控制端。nn3nnmnn3n n nJn图3-9 ISD1110结构图18ANA IN:引脚20,模拟信号输入端。19ANA OU丁引脚21,模拟信号输出端PLAYL:引脚23,放音控制电平触发端。当该端为低电平时，芯片进入放 音周期；当该端为高电平时，停止放音。PLAYE:弓|脚24,放音控制脉冲触发端。该输入端由高变低时放音。RECLED引脚25,录音显示端。XCLK:引脚26,时钟端。REC:录音端，引脚27。

34、低电平为录音状态。VDD弓I脚28, V+声音报警是测距系统探测到的距离小丁所设定的平安值此次设计是4米时，发出声音提醒用户，可直接驱动蜂鸣器发声或经外接功放推动扬声器放音。 电路图如图3-11所示。图3-11报警模块3.6时钟电路的设计时钟电路引脚是X1和X2,如图3-11所示。为了产生时钟信号，在AT89C51内部设置了一个反相放大器，XTAL1是片内振荡器反相放大器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。当使用自 激振荡方式时，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的 频率振荡，就产生时钟信号，本系统使用的石英晶振频率为12M

35、HZ产生时钟信号电路如图3-11。34567815143119189P10P00.P11P01.P12P02P13P03P14P04 P15P05 P16P06 P17P07 INTOP20 INTDP21P22 T1P23T0P24P25EAVPPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALEPWRPSEN3938373635343332212223242526272810113029D112AT89C51203.7复位电路的设计复位功能的引脚是RST9脚，在振荡器运 行时，有两个机器周期24个振荡周期以 上的高电平出现在此 引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环

36、复位。复位后P3口均置1引脚表 现为高电平，程序计数器全部活零。当复位脚由高电平变为低电平时，复位电 路停止工作。如图3-12。第四章软件系统的设计4.1软件设计分析系统软件的设计，它所需要完成的主要是针对系统功能的实现及数据的处 理和应用。根据以上所述系统硬件设计和各个电路功能，系统软件需要实现以 下功能：图3-12时钟电路AT89C51图3-13复位电路211、信号控制。在系统硬件中，已经完成了发射电路、回波检测接收电路的 设计。在系统软件中，要完成发射脉冲信号及输出显示。2、数据存储。为了得到发射信号与接收回波问的时间差，要读出此刻计数 器的计数值，然后存储在RAW，而且每次发射周期的开

37、始，需要对计数器活零, 以备后续处理。3、信号处理。RA附存储的计数值并不能作为距离值直接显示输出，超声 波从发射出去碰到障碍物返回接收传感器的时间，需要通过软件定时器来记录。根据这个时间才能计算出障碍物的距离。4、 数据传输与显示。经软件处理得到的距离要以十进制的方式送LEES示4.2系统软件设计超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断 程序，显示子程序以及报警程序组成。C语言程序有利于实现较复杂的算法， 汇编语言程序那么具有较高的效率并且容易精确据算程序运行的时间，而超声波 测距器的程序既有较复杂的计算计算距离时，乂要求精确计算程序运行时间超声波测距时，所以控制程序

38、可米用C语言和汇编语言混合编写。4.2.1主程序主程序采用C语言编写。主程序流程图如图4-1所示。主程序首先对系统环境 初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许 位EA并给显示端口P0和P2活0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波 脉冲。由丁采用12MH力勺晶振，机器周期为1us，当主程序检测到接收成功的标 志位后，将计数器T0中的数即超声波来回所用的时间按下式计算即可测得 被测物体与测距仪之间的距离， 设计时取20C时的声速为344m/s那么有：d=C*T0/2=172T0/10000cm T0为计数器T0的计数值。测出距离后结果将 以十进制BC况方式送往L

39、ED显示，然后再发超声波脉冲重复测量过程。当数 码管显示的数据超出设定值时，产生报警总程序见附录二22图4-1主程序框图4.2.2超声波产生子程序测距系统中所需要的工作电压是40kHz的脉冲信号，这是由单片机执行下 面程序来产生。MAIN11_1: AJMP MAIN5 ;返回调节MAIN12: SETB TR0;重新开启测距定时器MOV R2,#64H；测量间隔控制约4*100=400M023LOOP:LCALL DISPLAY ;显示当前测得的数值DJNZ R2,LOOP ;显示一定时间AJMP MAIN2 ;显示完后返回测距主程序DST1: CPL VOUT ;定时中断1中断程序，发出声

40、波DJNZ R4, RETIOUTCLRTR1;超声波发送完毕，关T1CLRET1;关定时1中断MOV TH1, #0F6H;0.1S的定时值前方测距电路的输入端接单片机P3.2端口，单片机执行上面的程序后，在P3.2端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，发出40kHz的 脉冲超声波。第五章结论本设计的优点在于使用单片机作为主控芯片，利用与单片机、时钟芯片、 存储芯片、液晶模块、键盘、语音芯片、扬声器等系统硬件配置完成系统功能, 系统软硬件设计结构紧凑，软硬件资源得到充分利用，有效压缩了系统本钱， 提高了系统的性价比和稳定性。另外，采用单片机为主控芯片设计的系统体积 小重量轻便于

41、安装和放置，加上高性价比、低本钱的优势，使得这种系统更易 于推广。24超声波测距系统可以实时监测一定距离内的最新动态。同时，系统乂增加 了语音报警的功能，可以使用户在最短的时间内作出调整，从而防止了许多不 必要的麻烦。系统设计充分表达了以人为本的效劳理念，通过合理分配资源提 高了工作效率。由于设计时间问题，不能进行全面设计，致使系统存在些许缺陷。一方面 没有温度补偿系统。由于超声波的速度受到温度的的影响，所以这样会造成测 量精度不高，只能应用于精度要求较小的场合，大大影响了该系统的推广。另 一方面缺乏可塑性。这次的设计只是针对了测量距离在4米的情况，而对于更 改参数那么比拟困难。以上的缺点不能

42、掩盖系统的优点，在测距的问题上，此次 设计的测距系统会是一个很好的解决方案1吴斌方，刘民.超声波测距传感器的研究M.湖北工学院学报，2004.6.2瞿金辉，周蓉生.超声波测距系统的设计M.中国仪器仪表，2007.8.3 Proteus入门实用教程M.机械工业出版社，2007.09。4李丽霞.单片机在超声波测距中的应用.电子技术，2002 , (6).5江思敏.ALTIUM DESIGNE(PROTEL)原理图与PCB设计教程M.机械工业出版社，2021.08.6戴曰章.基于AT89C51单片机的超声波测距系统.电气时代，2005, (7)。257雷辉.基于AT89C2051的智能防撞报警器设计

43、.电气时代，2005, ( 1).8董子和，李永辉.超声波测距系统的建立及其在汽车防撞系统的应用，汽车电器1997, (1)9李茂山.超声波测距原理及实践技术.实用测试技术，1994, (1)10雷辉.基于AT89C2051的智能防撞报警器设计.电气时代，2005年第1期致谢本论文能得以顺利完成首先要感谢我的导师， 从理论研究到系统设计，从工 具软件的使用到系统技术难点的攻关，从相关知识的教学视频到重要的专业书籍 和资料，张老师都给予了我悉心的指导和帮助。老师知识渊博、治学严谨，关心 保护学生，对科研工作一丝不苟，解答学生疑问耐心细致，这一切为我树立了良 好的典范，使我受益匪浅。没有老师的悉心

44、指导和无私的帮助我的论文是无法完 成的。在此由衷的感谢老师！ ！感谢在论文完成过程中给予我帮助的同组同学以及网上的朋友们，他们在设26计的不同时期分别给过我很大的帮助。感谢学院的老师和同学们，给我们提供了一个良好的学习环境， 便于我们顺 利的完成毕业设计。感谢开题辩论时给予我指点的老师们， 他们让我在设计的初 期对自己的设计进行了实际的、合理的定位。感谢大学，在学校里，我不仅学习了很多文化知识，还学会了怎样做人，做 一个踏踏实实，自强奋进的人。在学校的所学，为我踏入社会打好了坚实的根底 最后，感谢在白忙之中，抽出时间来评审我论文的老师们。27附录一：总电路图28附录二程序TJ1 EQU 60H

45、;TJ2 EQU 61H;TJ3 EQU 62H;TJ4 EQU 63H;TJ5 EQU 64H;A1 EQU 65H;A2 EQU 66H;A3 EQU 67H;A4 EQU 68H;VOUT EQU P2.4;BELL EQU P1.1;ORG 0000H ;AJMP STARTORG 0003H ;AJMP INT0ORG 000BH ;AJMP DST0ORG 001BH ;AJMP DST1ORG 002BH ;RETISTART:SETB EA ;CLR TJ4 ;MOV TMOD,#21H ;MOV TH0,#00H ;MOV TL0,#00H ;MOV TH1,#0F6H ;M

46、OV TL1,#0F6H ;29MOV R4,#04H;30SETB ET1;SETB ET0;SETB PX0 ;MAIN1:SETBTR0;MAIN2:LCALL DISPLAYJNBTJ1,MAIN2 ;CLREA ;SETBEA ;CLRTJ1 ;JB P3.4,ZY2;ACALL DELAY10JB P3.4,ZY2AJMP ZY1ZY2: AJMP MAIN12;ZY1: CLRBELL ;ACALL DELAY125SETB BELLACALL DELAY1SMAIN3:MOV A,TJ4 ;CJNE A,#0,MAIN3_1ACALL DISPLAY2 ;AJMP MAIN3_

47、2MAIN3_1: LCALL DISPLAY1MAIN3_2: JB P3.5,MAIN4 ;ACALL DELAY10JB P3.5,MAIN4 ;CLR BELL ;ACALL DELAY125SETB BELLMOV A,TJ4CJNE A,#0,MAIN3_3MOV TJ4,#1 ;AJMP MAIN4MAIN3_3: MOV TJ4,#00H31MAIN4:JB P3.4,MAIN3 ;ACALL DELAY10 JB P3.4,MAIN3CLR BELL ; ACALL DELAY125SETB BELL ACALL DELAY125CLR BELL ; JNB P3.4,$ ;

48、 SETBBELL ; MOV TJ5,#0 ; AJMPMAIN5MAIN5:MOV A,TJ5CJNE A,#0,MAIN5_1 ; ACALLDISPLAY3 ; AJMP MAIN6MAIN5_1: CJNE A,#1,MAIN5_2ACALL DISPLAY4 ; AJMP MAIN7MAIN5_2: CJNE A,#2,MAIN5_3ACALL DISPLAY5 ; AJMP MAIN8MAIN5_3: CJNE A,#3,MAIN5_4ACALL DISPLAY7 ; AJMP MAIN9MAIN5_4: AJMP MAIN5MAIN6:JB P3.5,MAIN10;ACALL DELAY1032JB P3.5,MAIN1