基于51单片机的超声波测距仪的设计

杨仕会 吴世洲 冉茂亮 贵州大学科技学院

1.工作原理

在初中物理时我们就学过，声音遇到障碍物会反弹回来，如同蝙蝠发出超声波，然后用耳朵接收反弹回来的声音，根据时间差和返回声波的强度，以此捕猎和避开障碍物；本文设计的超声波测距仪用相同的原理，根据超声波接口发送和接收超声波的时间差，结合超声波在不同介质的传播速度计算出离目标物的距离。

2.组成结构

1、主要元件组成：51单片机、HC-SR04超声波传感器、数码显示管、若干电阻电容等。

2、主控制模块设计如图1所示：

3、主程序工作流程：

（1）模块接入电源和地（GND）。

（2）给超声波控制端（trig）输入一个至少10us的高电平方波。

（3）输入方波后，超声波模块会自动发射8个40KHz的声波（超声波模块内部发出信号是传感器自动回应的，我们不用去管它），发送超声波的同时接收端（echo）的电平会由低电平0变为高电平（此时定时器开始计时）1；

（4）当接收端接收到返回的超声波时，回波引脚端的电平会由高电平1变为低电平0；（此时定时器停止计时），定时器记录的时间即为超声波由发射到返回的总时长t。

（5）根据声音在不同介质中的传播速度v，根据公式距离s=（v×t）/2：即可计算出所测的距离。

（6）在数码显示管上显示计算出的数字。

3.实物照片

4.结束语

本文利用STC89C52系列51单片机结合软件和硬件构成了简单的超声波测距仪，能够提供2cm-5m的测量范围，如若想要测量更远或者更精确，可以进行扩展，比如加温度补偿、加红外测距模块，还有加频率变化检测模块。超声波测距仪受各种因素影响较小、成本低、性能好、性价比高、易安装、简单易懂，在各个领域应用广泛。

[1]郭天样，新概念51单片机C语言教程[M].第一版.电子工业出版社.2009年

[2]郭增涛、胡安正.基于51单片机的超声波测距仪[J].魅力中国.2017年8月第216版

[3]张凌寒.基于51单片机的红外测距仪的设计与实现[J].数字技术与应用.2016年9月第133版

[4]杨晓帆.基于单片机的超声波测距仪设计[J].工程设计研究.2016年第4期第161版