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1、基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计学生姓名： 所 在 系： 专业名称： 班 级： 学 号： 指导教师： 13基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计 学生： 指导老师：内容提要：我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为2020000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。我们把频率高于20000赫兹的声波称为“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。其不同点是超声频率高，波长短，具有方向性强、能量集中、不受光和电磁波以及粉尘等外界因素的干扰等
2、优点。因此，超声波可用于非接触测量，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相当大范围内与频率无关。正由于这样，目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域具有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。本文主要介绍基于AT89S51单片机，辅助以CX20106A红外接收专用放大电路，TCT40-10超声波传感器和数字化的温度传感器DS18B20设计的超声波测距仪。测距原理采用一般的方法：渡越时间法TOF（timeofflight）来测量物体与发声源的距离。测
3、量距离大概5m，测量精度约为0.01m。关键字：超声波 渡越时间法 AT89S51 CX20106A TCT40-10 DS18B20 AT89S51 MCU-BASED DESIGN OF ULTRASONICRANGE FINDERAbstractWe know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the
4、sound frequency between 20 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20000 Hz or less than 20 Hz, we cant listen it. We have higher than 20000 Hz frequency sound waves known as Ultrasonic. The sound wave which we can listen and ultrasonic have the same essence, they are also a mechani
5、cal vibration. Their difference is that the ultrasonic have a high-frequency and a short wavelength, furthermore it is high directivity, concentrated energy, and free form light and dust, such as electromagnetic interference from external factors, etc. Therefore, ultrasound can be used for non-conta
6、ct measurement, the use of ultrasound in the calculation of the measured objects and the transmission between the ultrasonic probe to measure the distance of the measured target without damage. This paper mainly introduces single-chip based on the AT89S51, auxiliary CX20106A infrared receiver to a d
7、edicated amplifier and TCT40-10 ultrasonic sensor designed ultrasonic range finder. Ranging general principle of the method used: transit-time method TOF (time of flight) to measure objects with the sound source distance. Measuring the distance about 5m, the measurement accuracy of about 0.01m.Key w
8、ords：ultrasonic timeofflight ultrasonic-sensor AT89S51 CX20106A TCT40-10 DS18B20目 录一、引 言1（一）课题背景1（二）课题研究目的和意义4（三）研究内容以及方法原理4（四）论文完成的工作6二、总体方案设计7三、系统硬件设计7（一）单片机AT89S51的基本设计7（二）CX20106A红外接收放大模块的设计11（三）TCT40-10超声波传感器的设计14（四）DS18B20温度传感器的设计15（五）LED数码管显示电路的设计17四、系统软件设计18五、总结与未来展望19致 谢19附 录21参 考 文 献32基于AT
9、89S51单片机的超声波测距仪设计一、引 言（一）课题背景随着工业，建筑业，农业建设的不断发展，距离测量频率的不断提高，一些在早期社会，曾被人类广泛应用的米尺不在满足人类的要求，就出现了现在人类所应用的间接测量工具。测量能够为人们提供一个距离衡量的尺度，对待事物有准确的物理概念。然而随着社会发展和进步，人类的测量范围不断膨胀，由地表向两侧延伸，对地质的研究，宇宙的探索，可谓两极化的发展。大到无边宇宙，小到原子，或更加细微的测量区间，米尺加公式的测量时代早已不能满足探索的需要，而被人们作为探测行业的基石。 在测量方面，尤其工业，据了解，我国一些工业领域曾经使用过接触式测量仪，但普遍存在着这样一些
10、问题，抗粉尘能力差，触点接触不良，经常失灵，误动作，不可调整，容易被杂物缠绕而误报等缺点，工作不可靠，影响设备的正常使用。针对以上这些缺点。我们考虑研究一种非接触测量仪器。 在信息化，现代化的时代，随着电子技术的发展，非接触测量出现了微波雷达测距，激光测距及超声波测距等。前几种方法由于技术难度大，成本高，一般仅用于军事工业，而超声波测距由于其科研技术难度相对较低，且成本低廉，适于民用推广。所以现在我们所见到一些测量仪基本上都是利用超声波来测距的。 超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，此特点可使测量仪器不受被测介质的影响。这就大大解决了在粉尘多情况下，给人类引起的身体接触伤害，腐蚀性质
11、的被测物对测量仪器腐蚀，触点接触不良造成的误测情况。且对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量消耗，节省人力和劳动的强度。从长远利益看，是多向节能型研究。 超声波测距与其它非接触式的检测方式方法相比，如电磁的或光学的方法它不受光线，被测对象颜色，电磁干扰等影响。超声波对于被测物体处于黑暗，有灰尘，烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣的环境有一定的适应能力。因此在液位测量，机械手控制，车辆自动导航，物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辩力，因而其准确度也较其它方法高，而且超声波传
12、感器具有结构简单，体积小，信号处理可靠等特点。 超声波是一种指向性强，能量消耗慢的波。它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，可解决超长度的测量。 超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性，反射，折射，干涉，衍射，散射。与物理紧密联系，应用灵活。并且更适合与高温，高粉尘，高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。 无论从精度还是从可靠性方面，超声波测距做得都比较好。利用超声波检测即迅速，方便，计算简单，又易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。具有广泛的发展前景。 另外，在控制方面，单片机其卓越的性能，要本设计中得到了很好的体现，尤其在检测，控制领
13、域中，具有以下特点： 1、小巧灵活，成本低，易于产品化，它能方便地组装成各种智能测试，控制设备及各种智能仪器表。 2、可靠性好，适应范围广，单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其它原件无法比拟的。 3、易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能所用的指令。 4、可以很方便地实现多机制分布式控制。 本文论述了采用单片机技术研制成功的用超声波测距仪的基本原理，测量计算方法简单，实现方案容易。采用软件控制，提高了测量精度和整机的可靠性。可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。并且灵敏度高，可靠性强。而且这个测距系统还
14、可以经过简单的修改就能实现其它的检测要求。例如：超声波测距仪广泛应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于联合收割机、液位、井深、管道长度等的实时测量场合。根据调查，目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距系统，但是专用集成电路的成本很高，并且没有数据显示，操作使用很不方便。因此本设计采用了以AT89S51单片机为核心低成本，高精度，LED数字显示超声波测距系统的结果的硬件电路设计方法。整个设计对其它所用器件也进行了介绍和对比。综合了各器件的功能，耐用性，市场价位等多方面因素，选件谨慎、适用。硬件设计方面利用所学的知识和理论联系实际的方法，本着和大学课本密切联系的原则来
15、完成设计任务。在文中还详细介绍了设计中应用到的主要芯片（AT89S51，CX20106A, TCT40-10）的性能和特点。软件设计方面采用MCS-51语言，通俗易懂。通过实际测试使用证明，该超声波测试系统工作稳定，测距精度高，性能良好，可广泛应用到实际中以方便观察测试结果。那什么是超声波呢？我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为2020，000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。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平衡位置附近进行的往返运动。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于20KHz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
