引言 1
一、系统设计方案 2
（一）超声波测距原理 2
（二）系统设计方案 2
二、系统的硬件结构设计 2
（一）超声波发射电路 2
（二）超声波接收电路 3
（三）超声波测距系统硬件电路设计 4
1．51系列单片机的功能特点 4
2. AT89C51单片机超声波测距电路 5
三、系统软件的设计 6
（一）Keil C51软件介绍 6
（二）程序设计 6
总结 9
致谢 10
参考文献 11
附录一 原理图 12
附录二 原件清单 13
附录三 程序 15
引言
超声波指在弹性介质中产生的频率大于20 kHz的机械波，它具有能量消耗缓慢、指向性强、传播距离较远等特点，故常用于非接触式测距。在日常生产生活中，很多场合需要用到非接触测距，如工业测量、汽车电子、机器人避障等。超声波测距的环境适应能力较好，因为超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此此外超声波测量在实时、精度、价格等方面也具有优势。
超声波发射器发射时开始计时，碰到障碍物返回，超声波接收器收到反射波就停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为340m/s，乘以其往返时间t，即可计算出发射点与障碍物的距离S，即：S=340t/2 。即时间差 测距法。本设计尝试以单片机AT89C51为核心，利用一对40 kHz压电超声传感器，设计一款价格低廉、精度较高、体积小、实时显示和报警的测距仪。
一、系统设计方案
（一）超声波测 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
距原理
因为超声波具有方向性强，消耗能量慢，在介质中传播距离远等特点，因而经常被用于测量距离。利用超声波进行距离检测，电路设计方便，数据处理较简便，能达到工程测量的精度要求。 
通过测量超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,测出从发射到接收所花的时间t，根据S=ct/2得到距离值。其中c为超声波在空气中传播的速度340m/s。该系统的最大可测距离有四个因素决定：反射物的质地、超声波的幅度、入射和反射声波之间的夹角、以及接收器的灵敏度。
超声波发射的波速与温度有关，表1列出了几种不同温度下的波速。
表1 超声波在不同温度下的波速
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100
波速（m/s） 320 320 326 324 338 345 348 387
最小可测距离决定于接收器对声波脉冲的灵敏度。为了增加测量覆盖范围，可设计多个超声波换能器，作为多路超声波发射/接收电路的方法，以减少测量误差。
（二）系统设计方案
由单片机AT89C51发出40kHz脉冲信号，经放大电路放大后由超声波换能器输出。反射回来的超声波经超声波换能器接收，作为系统的输入信号，锁相环电路锁定此信号，同时启动单片机中断程序，读出往返时间t，经系统软件计算，结果由LED数码管显示。其系统原理框图如图1所示。
图1 超声波测距系统框图
二、系统的硬件结构设计
（一）超声波发射电路
如图2所示的40kHZ超声波发射电路，电源 用9V叠层电池 。F1 -F3三非门在F3的输出端振荡形成40kHZ方波，工作频率主要由R1、C1 和RP决定，可调电阻 RP用来调节频率。F3的输出和F4的输出分别激励换能器T40-16的两端，加入F4使激励电压提高了一倍。电容 C3、C2用来平衡F3和F4的输出，目的是使波形稳定。反向器采用集成六反向器CC4069中的四个门作为F1-F4，剩余两个不用的门的输入端应接地。调节RP，使F3输出频率为40kHZ±2kHZ，发射距离大于8米。
图2 超声波发射电路
（二）超声波接收电路
本设计采用单稳式超声波接收器 ，图3为单稳式超声波接收器电路原理图。超声波换能器T40 -16谐振频率为40kHZ，并将40kHZ以外的干扰信号衰减，经换能器选频后，只有40kHZ的发射机信号送入VT1～VT3 组成的放大电路，经高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，控制VT4、VT5组成的电子 开关，带动继电器K工作。
该电路工作电压3V，无记忆功能且不需调试即可工作。发射机每发射一次超声波信号时，接收机的继电器吸合一次，吸合频率同发射机发射信号频率。三极管选择要求VT1β≥200，VT2β≥150，其他元件无特殊要求。若灵敏度和抗干扰能力达不到要求，则检测三极管的电流放大倍数与电容C4的容量是否与标称值偏差太大。经测试，实物遥控距离可达8米以上，静态电流小于10mA。
图3 超声波接收电路
（三）超声波测距系统的硬件电路
1．51系列单片机的功能特点
单片机采用ATMEL公司 的AT89系列，该芯片广泛应用于工业测控系统，占有大量市场。主要功能：
8位CPU，4kbytes 程序存储器 (ROM)
其中52为8K ROM。
256bytes的数据存储器 (RAM)
其中52有384bytes的RAM。
32条I/O口线（111条指令）
2个可编程定时/计数器
5个中断 源，2个优先级
设室温20℃时空气中声速为340米/秒，t为计数器T0 的计算值，则有S=(c×t)/2=170×T0/10000厘米。将计算结果以十进制BCD码送LED显示，停留时间0.5s。重复测量过程。外部中断子程序流程如图8所示。

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