PAGEXIV基于單片機(jī)超聲波測距儀制作

一．選題的背景及意義超聲波測距儀是一種利用超聲波的特性進(jìn)行測距的設(shè)備。由于超聲波在空氣中傳播的速度和時(shí)間差可以計(jì)算距離，因此超聲波測距儀具有非接觸、高精度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于單片機(jī)的超聲波測距儀可以實(shí)現(xiàn)更加簡單、高效、精確的測距功能。這使得超聲波測距儀在機(jī)器人、智能家居、車輛安全等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。提高測距精度和可靠性：基于單片機(jī)的超聲波測距儀可以通過優(yōu)化算法和硬件設(shè)計(jì)，提高測距精度和可靠性。這對于需要高精度測距的應(yīng)用場景，如工業(yè)自動(dòng)化、車輛安全等，具有重要意義。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控：超聲波測距儀可以與單片機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控。通過實(shí)時(shí)測量目標(biāo)物體的距離和位置，可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線上物體或機(jī)器人的位置監(jiān)控、對車輛行駛的安全監(jiān)控等。降低維護(hù)成本：超聲波測距儀具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。相比其他測距設(shè)備，超聲波測距儀在惡劣環(huán)境下具有更好的穩(wěn)定性和耐用性，降低了維護(hù)成本。推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展：基于單片機(jī)的超聲波測距儀的廣泛應(yīng)用，將推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，如機(jī)器人技術(shù)、智能家居、車輛安全等。同時(shí)，超聲波測距儀的研究和應(yīng)用也將促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，如物理學(xué)、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求項(xiàng)目設(shè)計(jì)的是一款單片機(jī)超聲波測距儀，要求主要采用MCS-51系列單片機(jī)作為主控芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波測距，數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)設(shè)置等功能。具體要求如下：（設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測距儀系統(tǒng)。選擇并集成合適的超聲波模塊、單片機(jī)、顯示屏、按鍵等硬件組件。編寫和調(diào)試程序，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射、接收和距離計(jì)算，以及數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)和傳輸。功能要求方面：能夠進(jìn)行距離測量，測量的距離范圍、精度和分辨率需滿足設(shè)計(jì)要求。能夠通過數(shù)碼管或其他顯示屏實(shí)時(shí)顯示測量的距離數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^按鍵設(shè)置距離門限值，當(dāng)測量的距離小于門限值時(shí)，能夠觸發(fā)報(bào)警功能（如蜂鳴器響鈴）。性能要求：系統(tǒng)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在各種環(huán)境下正常工作。超聲波模塊應(yīng)具有較快的響應(yīng)速度和較高的測量精度。單片機(jī)應(yīng)具有足夠的處理能力和存儲(chǔ)空間，以滿足系統(tǒng)的需求。用戶體驗(yàn)要求：操作界面應(yīng)簡潔明了，易于用戶理解和操作。顯示屏的顯示內(nèi)容應(yīng)清晰易讀，方便用戶獲取測量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，方便后續(xù)的功能升級(jí)和優(yōu)化。此外，在設(shè)計(jì)和制作過程中，還需要注意以下幾個(gè)方面：硬件選型：根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇合適的硬件組件，確保系統(tǒng)能夠滿足功能要求和性能要求。軟件設(shè)計(jì)：編寫清晰、易讀、可維護(hù)的程序代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。在編寫程序時(shí)，需要充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，避免出現(xiàn)死機(jī)、重啟等問題。系統(tǒng)調(diào)試：在搭建好硬件平臺(tái)后，需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證各項(xiàng)功能是否正常工作。在調(diào)試過程中，需要注意排查和解決可能出現(xiàn)的問題和故障。實(shí)物制作：根據(jù)設(shè)計(jì)方案和硬件選型，制作實(shí)物并進(jìn)行測試。在實(shí)物制作過程中，需要注意保證元器件的焊接質(zhì)量和布局的合理性。功能驗(yàn)證：對實(shí)物進(jìn)行功能驗(yàn)證，確保各項(xiàng)功能均滿足設(shè)計(jì)要求。在驗(yàn)證過程中，需要記錄測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行對比分析，以驗(yàn)證系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定性。三、項(xiàng)目分析與方案論證項(xiàng)目分析項(xiàng)目目標(biāo)明確：清晰地定義項(xiàng)目的目標(biāo)，即制作一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測距儀。確定項(xiàng)目的具體需求，如測距范圍、精度、分辨率、顯示方式、報(bào)警功能等。市場需求分析：研究市場上已有的超聲波測距儀產(chǎn)品，了解其性能、價(jià)格、用戶反饋等信息。分析市場需求，確定項(xiàng)目的市場定位和目標(biāo)用戶群體。技術(shù)可行性分析：評估項(xiàng)目所需的技術(shù)是否可行，包括單片機(jī)技術(shù)、超聲波技術(shù)、顯示技術(shù)等?？紤]技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度、成本以及可能遇到的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。資源和時(shí)間評估：評估項(xiàng)目所需的資源，如硬件設(shè)備、軟件工具、人力等。制定合理的時(shí)間計(jì)劃，確保項(xiàng)目能夠按時(shí)完成。2．方案論證選擇方案設(shè)計(jì)：根據(jù)項(xiàng)目需求和技術(shù)可行性，設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案。確定項(xiàng)目的主要組成部分，如單片機(jī)、超聲波模塊、顯示屏、按鍵等。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路圖、程序流程圖等。方案評估：對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的評估，包括功能、性能、成本等方面?？紤]不同方案之間的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最優(yōu)方案。方案優(yōu)化：根據(jù)評估結(jié)果，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。考慮可能的改進(jìn)和創(chuàng)新點(diǎn)，提高項(xiàng)目的競爭力。風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對措施：分析項(xiàng)目實(shí)施過程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，如技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、市場風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)等。制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，降低風(fēng)險(xiǎn)對項(xiàng)目的影響。實(shí)施方案制定：制定詳細(xì)的實(shí)施方案，包括硬件制作、軟件開發(fā)、系統(tǒng)測試等階段的具體工作內(nèi)容和時(shí)間安排。制定項(xiàng)目管理計(jì)劃，確保項(xiàng)目能夠按計(jì)劃進(jìn)行。論證報(bào)告編寫：將項(xiàng)目分析和方案論證的結(jié)果整理成書面報(bào)告，供決策者參考。報(bào)告應(yīng)包含項(xiàng)目目標(biāo)、市場分析、技術(shù)可行性分析、方案設(shè)計(jì)、方案評估、風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對措施等內(nèi)容。四、項(xiàng)目設(shè)計(jì)本項(xiàng)目利用單片機(jī)、超聲波傳感器、蜂鳴器實(shí)現(xiàn)了智能超聲波測距儀的設(shè)計(jì)，具有利用超聲波特性測距的功能，其具體方框圖如圖1所示：圖1智能超聲波測距儀結(jié)構(gòu)圖五、項(xiàng)目實(shí)施過程1.成員任務(wù)安排從接受任務(wù)后具體成員的任務(wù)安排及時(shí)間安排如表1所示：表1任務(wù)實(shí)施計(jì)劃實(shí)施計(jì)劃時(shí)間主要任務(wù)階段成果2023.4-2023.5功能分析，電路及系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)初步方向確立2023.4-2023.5程序設(shè)計(jì)調(diào)試、樣機(jī)的修改樣機(jī)和程序完成2023.5-2023.6系統(tǒng)整體調(diào)試以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料整理實(shí)體完成2023.5-2023.6項(xiàng)目所有資料的完善總體完成2.原理圖繪制主控制最小系統(tǒng)電路如圖2所示。圖2最小系統(tǒng)硬件電路總設(shè)計(jì)見圖3，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件：STC89C52、超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。其中D1為電源工作指示燈。電路中用到3個(gè)按鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵,一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵。圖3總設(shè)計(jì)電路圖3.硬件焊接根據(jù)原理圖焊接元器件，形成的硬件電路板如圖3所示：圖3智能超聲波測距儀電路板4.單片機(jī)超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)程序流程圖如圖4所示：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化報(bào)警結(jié)束測得距離與設(shè)定值比較，小于距離比較，報(bào)警是否持續(xù)開始啟動(dòng)報(bào)警電路開始報(bào)警再次檢測等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN圖4流程圖5.單片機(jī)超聲波測距儀的調(diào)試（1）調(diào)試步驟1)按照原理圖連接。2)編程：編寫智能超聲波測距儀的程序。3)將程序下載到STC89C52單片機(jī)，電路上電運(yùn)行。。4)觀察并記錄能否實(shí)現(xiàn)程序的功能，如有錯(cuò)誤，檢查硬件接線是否錯(cuò)誤，如果連接正確，再檢查程序，直到調(diào)試成功為止。（2）調(diào)試要點(diǎn)1)如果在硬件調(diào)試時(shí)，某些元器件沒起到作用，應(yīng)該用萬用表測量元器件的好壞，還有可能是電阻阻值選用不合理等問題。2)將設(shè)計(jì)好的程序下載到STC89C52單片機(jī)中，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，是否出現(xiàn)語法錯(cuò)誤，延時(shí)時(shí)間是否算對，主程序是否成功調(diào)用子程序。程序一般先在仿真軟件上調(diào)試，然后再在焊接成功的電路板上調(diào)試。六、總結(jié)與體會(huì)在深入探索基于單片機(jī)的超聲波測距儀的開發(fā)過程中，我獲得了豐富的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。以下是對這一項(xiàng)目的總結(jié)與體會(huì)：一、技術(shù)總結(jié)原理與應(yīng)用：超聲波測距儀基于超聲波在空氣中的傳播速度和時(shí)間差來計(jì)算距離。通過單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和接收，可以精確測量目標(biāo)物體的距離。這種非接觸式的測量方式安全、可靠，并且適用于多種場景。系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)主要由單片機(jī)、超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、電源模塊和顯示模塊等組成。單片機(jī)作為核心控制器，負(fù)責(zé)發(fā)送超聲波信號(hào)、接收回波信號(hào)、計(jì)算距離以及控制顯示模塊顯示測量結(jié)果。性能優(yōu)化：為了提高測量的精度和穩(wěn)定性，我們采用了新型振動(dòng)模式的超聲波探頭、抗干擾電路以及合理的軟件算法。這些措施有效抑制了噪音干擾，提高了測量的可靠性和精度。應(yīng)用拓展：超聲波測距儀不僅適用于簡單的距離測量，還可以與其他控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。例如，在移動(dòng)機(jī)器人中，超聲波測距儀可以用于定位和避障；在液位測量中，可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測液位高度。二、個(gè)人體會(huì)理論知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)合：在開發(fā)過程中，我深刻體會(huì)到了理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。只有將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，才能真正理解和掌握技術(shù)的本質(zhì)。團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性：項(xiàng)目開發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)作至關(guān)重要。通過分工合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步，我們克服了許多技術(shù)難題，最終完成了項(xiàng)目的開發(fā)。不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們需要不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新才能跟上時(shí)代的步伐。在開發(fā)過程中，我不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)，嘗試將新的思想和方法應(yīng)用到項(xiàng)目中，取得了不錯(cuò)的效果。解決問題的能力：面對各種問題和挑戰(zhàn)時(shí)，我學(xué)會(huì)了冷靜分析、積極尋找解決方案。這種解決問題的能力不僅有助于項(xiàng)目的成功完成，也對我個(gè)人的成長具有重要意義。這次學(xué)期項(xiàng)目感受最深的是團(tuán)隊(duì)合作，畢竟個(gè)人能力有限，掌握的知識(shí)不夠全面。所以在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，團(tuán)隊(duì)分工合作，在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)積極完成所需要完成的工作。另外，在這里要感謝蘇老師的認(rèn)真指導(dǎo)，經(jīng)常與我們小組交流設(shè)計(jì)理念，并且在一定程度上幫助了我們大多數(shù)難題，包括程序上的、硬件上的一些問題。由于時(shí)間的關(guān)系，設(shè)計(jì)的智能超聲波測距儀雖然完成了一定的功能，但還有很多地方是值得改進(jìn)的，今后還可以根據(jù)需要加強(qiáng)在功能及外觀上的設(shè)計(jì)。實(shí)體安裝設(shè)計(jì)圖：程序：#include<reg52.h> //調(diào)用單片機(jī)頭文件#defineucharunsignedchar//無符號(hào)字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無符號(hào)整型宏定義 變量范圍0~65535#include<intrins.h>//數(shù)碼管段選定義012345 6 7 8 9 ucharcodesmg_du[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0}; //斷碼uchardis_smg[4]={0xff,0xff,0xff,0xff};//數(shù)碼管位選定義sbitsmg_we1=P3^4; //數(shù)碼管位選定義sbitsmg_we2=P3^5;sbitsmg_we3=P3^6;sbitsmg_we4=P3^7;sbitc_send=P3^2; //超聲波發(fā)射sbitc_recive=P3^3; //超聲波接收sbitbeep=P2^3;//蜂鳴器IO口定義uintflag_300ms=1;longdistance; //距離uintset_d=50; //距離ucharflag_csb_juli;//超聲波超出量程uintflag_time0;//用來保存定時(shí)器0的時(shí)候的ucharmenu_1;//菜單設(shè)計(jì)的變量/***********************1ms延時(shí)函數(shù)*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ucharkey_can; //按鍵值voidkey() //獨(dú)立按鍵程序{ staticucharkey_new;//key_new這個(gè)變量的功能是做按鍵松手檢測的 key_can=0;//按鍵值還原 P2|=0x07; if((P2&0x07)!=0x07) //按鍵按下 { delay_1ms(1); //按鍵消抖動(dòng) if(((P2&0x07)!=0x07)&&(key_new==1)) { //確認(rèn)是按鍵按下 key_new=0; //key_new=0說明按鍵已按下 switch(P2&0x07) { case0x06:key_can=3;break; //得到k3鍵值 case0x05:key_can=2;break; //得到k2鍵值 case0x03:key_can=1;break; //得到k1鍵值 } } } else key_new=1; //key_new=1說明按鍵已經(jīng)松開了}/****************按鍵處理顯示函數(shù)***************/voidkey_with(){ if(key_can==1) //設(shè)置鍵 { menu_1++; if(menu_1>=2) { menu_1=0; } } if(menu_1==1) //設(shè)置報(bào)警 { if(key_can==2) { set_d++; //加1 if(set_d>500) set_d=500; } if(key_can==3) { set_d--; //減1 if(set_d<=1) set_d=1; } dis_smg[0]=smg_du[set_d%10]; //取小數(shù)顯示 dis_smg[1]=smg_du[set_d/10%10];//取個(gè)位顯示 dis_smg[2]=smg_du[set_d/100%10]&0xdf;//取十位顯示 dis_smg[3]=0x60; //a } }/****************報(bào)警函數(shù)***************/voidclock_h_l(){ if(distance<=set_d)//低于設(shè)置的距離就會(huì)報(bào)警 { beep=~beep; //蜂鳴器報(bào)警 } else { beep=1; //取消報(bào)警 } }/***********************數(shù)碼位選函數(shù)*****************************/voidsmg_we_switch(uchari){ switch(i) { case0:smg_we1=0;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case1:smg_we1=1;smg_we2=0;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case2:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=0;smg_we4=1;break; case3:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=0;break; } }/***********************數(shù)碼顯示函數(shù)*****************************/voiddisplay(){ staticuchari; i++; if(i>=4) i=0; smg_we_switch(i); //位選 P1=dis_smg[i]; //段選 }/******************小延時(shí)函數(shù)*****************/voiddelay(){ _nop_(); //執(zhí)行一條_nop_()指令就是1us _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();}/*********************超聲波測距程序*****************************/voidsend_wave(){ c_send=1; //10us的高電平觸發(fā) delay(); c_send=0; TH0=0; //給定時(shí)器0清零 TL0=0; TR0=0; //關(guān)定時(shí)器0定時(shí) while(!c_recive); //當(dāng)c_recive為零時(shí)等待 TR0=1; while(c_recive) //當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待 { flag_time0=TH0*256+TL0; if((flag_time0>40000))//當(dāng)超聲波超過測量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888 { TR0=0; flag_csb_juli=2; distance=888; break; } else { flag_csb_juli=1; } } if(flag_csb_juli==1) { TR0=0; //關(guān)定時(shí)器0定時(shí) distance=flag_time0; //讀出定時(shí)器0的時(shí)間 distance*=0.017;//0.017=340M/2=170M=0.017M算出來是米 if((distance>600)) //距離=速度*時(shí)間 { distance=888; //如果大于6m就超出超聲波的量程 } }}/*********************定時(shí)器0、定時(shí)器1初始化******************/voidtime_init() { EA=1; //開總中斷 TMOD=0X11