单片机的超声波测距系统的研究与设计
摘 要本文选择了“基于单片机的超声波测距系统设计”作为研究课题，设计了一款能够实现高达1cm精度的测量，距离测量范围可以达到0~1米之间，并且具有较高清晰度的液晶显示等功能的超声波测距仪控制系统，实现了预期设立的性能指标，使得对于距离的测量突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了超声波测距系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款超声波测距系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
第一章 引言1
1.1 超声波测距系统的发展背景 1
1.2 超声波测距系统的国内外发展现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍3
2.1 系统主控芯片的选取 3
2.2 STC89C51单片机介绍 4
2.3 HCSR04超声波传感器 5
2.4 LCD1602型液晶简介5
2.5 蜂鸣器概述 6
第三章 硬件系统设计8
3.1 超声波测距系统的方案设计 8
3.2 超声波测距系统系统的系统结构框图设计 8
3.3 51单片机最小系统设计 9
3.3.1 晶振电路设计 9
3.3.2复位电路设计 10
3.4 超声波传感器电路设计 10
3.5 液晶电路设计 11
3.6 报警电路设计 12
3.7 按键电路 12
第四章 软件系统设计14
4.1 超声波测距系统系统的软件工作流程设计 14
4.2 HCSR04超声波传感器流程设计 15
4.3 液晶显示流程设计 15
总 结17
参考文献18
致 谢19
附录一 原理图20
附录二 PCB图21
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
录三 元件列表22
附录四 程序23
第一章 引言
1.1 超声波测距系统的发展背景
本课题将要设计的这款超声波测距系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的超声波测距系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的超声波测距系统。最早的用于实现距离测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的超声波测距系统全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现距离测量功能是主流方式，这种机械式超声波测距系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统超声波测距系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统超声波测距系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分超声波测距系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的超声波测距系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的超声波测距系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误超声波测距系统产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现超声波测距系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式超声波测距系统所无法实现的，另外由于这种电子式超声波测距系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的超声波测距系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款超声波测距系统。
1.2超声波测距系统的国内外发展现状
电子式超声波测距系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产超声波测距系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的超声波测距系统将能够实现更高精度的距离测量，目前国内外所能实现的最先进超声波测距系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的距离测量系统，同时也标志着为了实现更高性能的超声波测距系统我们有很长一段路要走。
1.3本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统超声波测距系统系统的发展基础上，设计出一款能够实现超声波测距系统功能的智能超声波测距系统控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对超声波测距系统系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，本课题将设计一款能够实现自动控制功能的超声波测距仪系统，并实现以下功能指标：
1、以STC89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配合，实现51单片机最小系统电路的设计，实现对HCSR04型超声波传感器、液晶屏以及蜂鸣器等模块的驱动；
2、配置HCSR04超声波传感器电路，实现超声波的快速发射和有效接受；
3、配置LCD1602液晶屏电路，实现对距离参数的显示；
4、配置蜂鸣器电路，实现距离超过设置阀值时的报警功能；
5、距离精度可达到1厘米，能够实现0~1米之间的距离测量；
目录
第一章 引言1
1.1 超声波测距系统的发展背景 1
1.2 超声波测距系统的国内外发展现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍3
2.1 系统主控芯片的选取 3
2.2 STC89C51单片机介绍 4
2.3 HCSR04超声波传感器 5
2.4 LCD1602型液晶简介5
2.5 蜂鸣器概述 6
第三章 硬件系统设计8
3.1 超声波测距系统的方案设计 8
3.2 超声波测距系统系统的系统结构框图设计 8
3.3 51单片机最小系统设计 9
3.3.1 晶振电路设计 9
3.3.2复位电路设计 10
3.4 超声波传感器电路设计 10
3.5 液晶电路设计 11
3.6 报警电路设计 12
3.7 按键电路 12
第四章 软件系统设计14
4.1 超声波测距系统系统的软件工作流程设计 14
4.2 HCSR04超声波传感器流程设计 15
4.3 液晶显示流程设计 15
总 结17
参考文献18
致 谢19
附录一 原理图20
附录二 PCB图21
附
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
录三 元件列表22
附录四 程序23
第一章 引言
1.1 超声波测距系统的发展背景
本课题将要设计的这款超声波测距系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的超声波测距系统实际上指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的超声波测距系统。最早的用于实现距离测量功能的仪器或者称为器械早在很多年前就已经出现，这类传统意义上的超声波测距系统全部采用机械结构来完成，当单片机技术还没有实现普遍化和生活化之前，使用机械结构来实现距离测量功能是主流方式，这种机械式超声波测距系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护活着部件更换，另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统超声波测距系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统超声波测距系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分超声波测距系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的超声波测距系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的超声波测距系统突破了传统机械式的单一功能性，不但实现了传统机械式的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误超声波测距系统产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现超声波测距系统的二次甚至多次升级，这还传统机械式超声波测距系统所无法实现的，另外由于这种电子式超声波测距系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的超声波测距系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款超声波测距系统。
1.2超声波测距系统的国内外发展现状
电子式超声波测距系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产超声波测距系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的超声波测距系统将能够实现更高精度的距离测量，目前国内外所能实现的最先进超声波测距系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款能够实现8位精度的距离测量系统，同时也标志着为了实现更高性能的超声波测距系统我们有很长一段路要走。
1.3本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统超声波测距系统系统的发展基础上，设计出一款能够实现超声波测距系统功能的智能超声波测距系统控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对超声波测距系统系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述，本课题将设计一款能够实现自动控制功能的超声波测距仪系统，并实现以下功能指标：
1、以STC89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配合，实现51单片机最小系统电路的设计，实现对HCSR04型超声波传感器、液晶屏以及蜂鸣器等模块的驱动；
2、配置HCSR04超声波传感器电路，实现超声波的快速发射和有效接受；
3、配置LCD1602液晶屏电路，实现对距离参数的显示；
4、配置蜂鸣器电路，实现距离超过设置阀值时的报警功能；
5、距离精度可达到1厘米，能够实现0~1米之间的距离测量；
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