基于AT89S51单片机的超声波测距仪设计Word下载.docx
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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（time
of
flight）来测量物体与发声源的距离。
测量距离大概5m，测量精度约为0.01m。
关键字：
超声波渡越时间法AT89S51CX20106ATCT40-10DS18B20
AT89S51MCU-BASEDDESIGNOFULTRASONIC
RANGEFINDER
Abstract：
Weknowthatobjectswillsoundwhentheyvibrate.Scientistscallthenumberofvibrationspersecondfrequencyofsound,itsunitistheHertz.Ourhumanearscanhearthesoundfrequencybetween20~20,000Hz.Whenthesoundwavefrequencyisgreaterthan20000Hzorlessthan20Hz,wecan’tlistenit.Wehavehigherthan20000Hzfrequencysoundwavesknownas"
Ultrasonic"
.Thesoundwavewhichwecanlistenandultrasonichavethesameessence,theyarealsoamechanicalvibration.Theirdifferenceisthattheultrasonichaveahigh-frequencyandashortwavelength,furthermoreitishighdirectivity,concentratedenergy,andfreeformlightanddust,suchaselectromagneticinterferencefromexternalfactors,etc.Therefore,ultrasoundcanbeusedfornon-contactmeasurement,theuseofultrasoundinthecalculationofthemeasuredobjectsandthetransmissionbetweentheultrasonicprobetomeasurethedistanceofthemeasuredtargetwithoutdamage.
Thispapermainlyintroducessingle-chipbasedontheAT89S51,auxiliaryCX20106AinfraredreceivertoadedicatedamplifierandTCT40-10ultrasonicsensordesignedultrasonicrangefinder.Ranginggeneralprincipleofthemethodused:
transit-timemethodTOF（timeofflight）tomeasureobjectswiththesoundsourcedistance.Measuringthedistanceabout5m,themeasurementaccuracyofabout0.01m.
Keywords：
ultrasonictime
flightultrasonic-sensorAT89S51CX20106ATCT40-10DS18B20
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？
我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20，000赫兹。
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。
知道人类第一次真正“认识到”超声波是怎么样的呢？
这要归功于意大利科学家斯帕拉捷。
斯帕拉捷习惯晚饭后到附近的街道上散步。
他常常看到，很多蝙蝠灵活的在空中飞来飞去，却从不会撞到墙壁上。
这个现象引起了他的好奇：
蝙蝠凭什么特殊本领在夜空中自由自在的飞行呢？
1793年夏天，一个晴朗的夜晚，喧腾热闹的城市渐渐平静下来。
帕斯拉捷匆匆吃完饭，便走出街头，把笼子里的蝙蝠放了出去。
当他看到放出去的几只蝙蝠轻盈敏捷地来回飞翔时，不由得尖叫起来。
因为那几只蝙蝠，眼睛全被他蒙上了，都是“瞎子”呀。
斯帕拉捷为什么要把蝙蝠的眼睛蒙起来呢？
原来，每当他看到蝙蝠在夜晚自由自在的飞翔时，总认为这些小精灵一定长着一双特别敏锐的眼睛，就不可能在黑夜中灵巧的多过各种障碍物，并且敏捷的捕捉飞蛾了。
然而事实完全出乎他的意料。
斯帕拉捷很奇怪：
不用眼睛，蝙蝠凭什么来辨别前方的物体，捕捉灵活的飞蛾呢？
于是，他把蝙蝠的鼻子堵住.结
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