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题目:超声波测距仪的设计
超声波测距仪的设计
一、设计目的:
以51单片机为主控制器,利用超声波模块HC-SR04,设计出一套可在
数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。
通过该设计的制作,更为深入的了解51的工作原理,特别是51的中
断系统与定时器/计数器的应用;掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波
传感器测距的原理与方法,学会搭建51的最小系统与一些简单外围电路
(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力,并
学会仿真与软件调试的基本方法。
二、设计要求:
设计一个超声波测距仪。要求:
1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离;
2.所测距离大于2cm小于300cm,精度2mm。
三、设计器材:
STC89C52RC单片机
HC-SR04超声波模块
SM410561D3B四位的共阳数码管
9014三极管(4)
按键(1)
电容(30PF2,10UF1)
排阻(10K),万用板,电烙铁,万用表,5V直流稳压电源,镊子,钳子,
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导线与焊锡若干,电阻(200欧5)。
四、设计原理与设计方案:
(一)超声波测距原理
超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声
波发射器向某一方向发射超声波,在发射同时开始计时,超声波在空气中传
播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即中断停
止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出
发射超声波和接收到回波的时间差T,然后求出距离L。基本的测距公式为:
L=(△t/2)*C
式中L——要测的距离
T——发射波和反射波之间的时间间隔
C——超声波在空气中的声速,常温下取为344m/s
声速确定后,只要测出超声波往返的时间,即可求得L。
根据本次设计所要求的测量距离的围与测量精度,我们选用的是
HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路
集成好了,硬件上不必再自行设计繁复的发射与接收电路,软件上也无需再
通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用
时,只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端
‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。
当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值,此值就为此次测距的时
间,再根据传播速度方可算出障碍物的距离。
(二)超声波测距模块HC-SR04简要介绍
HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述:
1.主要技术参数:
①使用电压:DC5V
②静态电流:小于2mA
③电平输出:高5V
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④电平输出:低0V
⑤感应角度:不大于15度
⑥探测距离:2cm-300cmHC-SR04超声波测距模块实物图
⑦高精度:可达2mm
2.接线方式:VCC、trig(控制端)、echo(接收端)、GND
使用方法:给Trig端发一个15uS以上的高电平,就可以在接收口Echo
端等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就
可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离。
3.工作原理:
①采用IO触发测距,给至少10us的高电平信号(在我们的程序中我们为了
确保有效触发,给了约持续
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