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基于 51 单片机的超声测距器的设计
摘 要:由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,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。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算
简单、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,因此
本文设计了基于 51 单片机的超声波测距器。该系统中由单片机控制超声波发
射器发射超声波并计时,当超声波接收器接收到回波信号后单片机根据时间差计
算距离,并通过七段数码管来显示。本文还对设计的系统进行了 Proteus 仿真,
验证其正确性。为了便于实物制作,对该系统制作 PCB 板。本设计的超声波测
距器可以显示测量精度为 0.1 米,测量围为 0.1~9.9 米,测量时与被测物体无
直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。
关键词:51 单片机,超声波测距系统,7447 解码器
绪论
超声波是频率高于 20kHz 的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较
集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距,测速,清洗,焊接,碎石、杀
菌消毒等
[1][2]
。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率
下限大约等于人的听觉上限而得名。
超声波在气体、液体与固体中以不同速度传播,定向性好、能量集中、传
输过程中衰减较小、反射能力较强
[3]
。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍
物后形成反射,利用这一特性,通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际
距离,从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便,且不受光线等
因素影响,广泛应用于水文液位测量、建筑施工工地的测量、现场的位置监控、
振动仪车辆倒车障碍物的检测、移动机器入探测定位等领域
[4][5][6]
。本文设计的
超声波测距器由单片机控制超声波发射器发射超声波并计时当超声波接收器接
收到回波信号后单片机根据时间差计算距离,并通过七段数码管来显示,进而
显示对应的测量距离。
1.设计要求与功能分析
设计一个超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以与一些工
业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求显
示测量精度为 0.1 米,测量围为 0.1~9.9 米,测量时与被测物体无直接接触,
能够清晰稳定地显示测量结果。
2.超声测距器原理
超声波是指频率高于 20KHz 的机械波。为了以超声波作为检测手段,必须
产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称
为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声
波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应
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