1 前言

1.1 设计背景及意义

  随着我国工业，建筑业的发展，测量的要求也不断提高。测量不仅能为人类提供一个距离，还能表现事物的物理概念。人类测量的范围越来越广，从陆地到天空，从地球到太空，可以说是大到宇宙，小到原子，所以传统的测量工具已经不能满足人类的需要。在目前的技术水平，人们可以具体的传感器技术仍然是非常有限的，因此，在未来，作为一种新技术产品，将有很大的发展空间，超声波传感器。超声波作为一种机械波，不仅稳定性好，精度高，还具有制作成本低，易于控制的特点[1]。适用于大部分环境的测量。当今科技技术的不断提升，超声波技术越来越被人们运用于生活的各个方面里。

  初期的工业测量一般使用接触式测量仪器，但是接触式测量仪抗粉尘能力差，广泛的运动失误，接触不良引起的故障，错误的缺陷。针对这些缺点，我们考虑研究非接触式测量仪。而随着信息电子时代，如微波雷达，激光测距和非接触式测量出现。但这些成本高，技术难度大，在民用工业很少使用，而超声波测距仪比它们成本低，技术简单，在民用工业很普遍。目前，民用工业对于超声波测距仪的精度要求越来越高，超声波测距仪具有耐用，成本低廉，使用寿命长，节省人力物力，是一种适用性广的仪器。

1.2 设计任务

  本文采用单片机AT89C2051作为主控制器，结合传感器的工作原理，超声波测距的原理，通过硬件和软件实现了操作[2]。其中硬件系统由单片机，LED数码管，发射电路，接收电路等组成，软件系统由主程序，中断程序，LED显示程序等组成。通过控制电路连接各个系统，启动各种超声波测距仪功能。最终能够实现稳定清楚的测量数据。

  设计任务如下：源'自:优尔-'论.文'网"]www.youerw.com

（1） 设计一个单片机最小系统，有LED显示和按键；

（2） 设计超声波测距模块；

（3） 设计要有一定的发展性；

（4） 设计实物可测范围在0~4M；

2 系统总体设计

2.1系统设计方案

  由于超声波的优点，能耗低，传输距离长，所以经常用超声波测距。超声波距的方式是通过回波测距的原理来设计的。按照S = v·△t /2 公示记录并计算传播时间和声速来计算距离。有两种方法：一是在一般位置上测得的距离，发射端的两端，接收，该方法适用于测量高度；另一种方法是通过发射信号碰撞障碍物回来后接收信号的反射方式，主要

适用于测距仪。本文采用反射信号方式[3]。

  超声波发生器主要分为两类：一类是发电机：一是机械式发电机。两种发生器的频率，功率，声学特性是不同的，所以使用也不同。目前，使用压电超声波发生器在近距离测量。

  本设计主要由硬件部分和软件部分组成，通过超声波测距原理来运作。简而言之，超声波测距原理就是信号发射器先发出一段超声波信号，在这个时段，系统里面的计时器同步计时，时间为t1。然后超声波遇到障碍物并返回到接受装置中，计时器停止计时，时间为t2。这段时间就是△t。假设此时的声速是V，则障碍物与超声波测距仪的距离就是：