基于51单片机的超声波测距系统设计课件优选 .pdfVIP

1设计任务

本文采用超声波传感器,IAP15单片机以及LCD显示模块设计了一种超声波测距显示

器，可以实现测量物体到仪器距离以及显示等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方

便、价格低廉的超声波距离测量器，具有一定的实用价值。

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2设计思路

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2.1超声波测距

2.1.1超声波

超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。近年来，随着电子测量

技术的发展，运用超声波作出精确测量已成可能。随着经济发展，电子测量技术应用越来

越广泛，而超声波测量精确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波也遵循一般机械波

在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介

质吸收而发生衰减等。正是因为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中。

随着科技水平的不断提高，超声波测距技术被广泛应用于人们日常工作和生活之中。

一般的超声波测距仪可用于固定物位或液位的测量，适用于建筑物内部、液位高度的测量

等。超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方

便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因

此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距

障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的

应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也

得到了广泛的应用。

2.1.2超声波测距原理

最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发

射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射

回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。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面的距离s，即：s=340t/2。

由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，

则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应

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通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，

即可求得距离。

距离计算公式：

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（2-1）

其中d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回路程，c为声波，t为声波来回所用

的时间。其中声速c与温度有关。

T（2-2）

如果要提高测距精确度，则必须考虑温度的影响，也可取室温简化电路设计，将温度

传感器作为扩展电路，在力所能及的情况下完成。

2.1.3超声波测距模块HC-SR04

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HC-SR04超声波测距模块可提供2cm至400cm的非接触式距离感测功能，测距精度

可达3mm；模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路。实物如图2-1所示：

图2-1HC-SR04模块实物图

HC-SR04工作原理及说明：

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1、给Trig触发控制信号IO端口至少10us的高电平信号。

2、模块自动发送8个40khz的方波，并自动检测是否有信号返回。

3、有信号返回时，Echo回响信号输出端口输出一个高电平，高电平持续的时间就是

超声波