51单片机距离测试软件,单片机超声波传感器测量距离

一、设计要求

设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及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。要求测量范围在0.10-3.00m，测量精度1cm，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。

二、设计思路

超声波传感器及其测距原理

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的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信 。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(timeofflight)。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离

测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信 用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示：

单片机及显示电路原理图

2.超声波发射电路原理图参考期刊如图所示：

超声波接收电路图

五、系统程序设计

超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。

1．超声波测距器的算法设计

下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信 ，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信 到接受返回信 所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。

距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2

*d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间

3.超声波发生子程序和超声波接收中断程序

超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送2个左右的超声波信 频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信 ，一旦接收到返回超声波信 (INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信 ，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。

六．软硬件调试及性能

超声波测距仪的制作和调试，其中超声波发射和接收采用Φ15的超声波换能器TCT40-10F1(T发射)和TCT40-10S1(R接收)，中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。

硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为0.07～5.5m，测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。

后续工作需实验后才能验证

根据参考电路和集成的电路器件测距范围有限10m以内为好。

程序清单

以下是用汇编语言编写的超声波测距控制源程序：

采用AT89S51  12ＭＨz晶振

显示缓冲单元在４０Ｈ～４３Ｈ，使用内存44H、45H、46H用于计算距离

20H用于标志

VOUT   EQU    P1.0   ;脉冲输出端口

*中断入口程序*

ORG  0000H

LJMP  START

ORG  0003H

LJMP  PINT0

ORG  000BH

LJMP  INTT0

ORG  0013H

RETI

ORG  001BH

LJMP  INTT1

ORG  0023H

RETI

ORG  002BH

RETI

*主程序*

START: MOV  SP, #4FH

MOV  R0, #40H   ;40~43H为显示数据存放单元(40为最高位)

MOV  R7,#0BH

CLEARDISP:MOV  @R0, #00H

INC   R0

DJNZ  R7, CLEARDISP

MOV  20H, #00H

MOV  TMOD, #21H    ;T1为8位自动重装模式，T0为16位定时器

MOV  TH0, #00H      ;65ms初值

MOV  TL0, #00H      ;40KHz初值

MOV  TH1, #0F2H

MOV  TL1, #0F2H

MOV  P0, #0FFH

MOV  P1, #0FFH

MOV  P2, #0FFH

MOV  P3, #0FFH

MOV  R4, #04H        ；超声波脉冲个数控制(为赋值的一半)

SETB  PX0

SETB  ET0

STEB  EA

CLR   00H

SETB  TR0                 ;开启测距定时器

START1:    LCALL  DISPLAY

JNB     00H, START1       ;收到反射信 时标志位为1

CLR  EA

LCALL  WORK          ；计算距离子程序

SETB    EA

CLR     00H

SETB    TR0             ；重新开启测距定时器

MOV    R2, #64H         ； 测量间隔控制(约4*100=400ms)

LOOP:      LCALL  DISPLAY

DJNZ   R2, LOOP

SJMP   START 1

*中断程序*

;T0中断，65ms中断一次

INTT0:      CLR    EA

CLR    TR0

MOV   TH0, #00H

MOV   TL0, #00H

SETB   ET1

SETB   EA

SETB   TR0                ;启动计时器T0，用以计算超声波来回时间

SETB   TR1                ;开启发超声波用定时器T1

OUT:        RETI

;T1中断，发超声波用

INTT1:      CPL    VOUT

DJNZ   R4,RETIOUT

CLR    TR1               ；超声波发送完毕，关T1

CLR    ET1

MOV   R4,#04H

SETB   EX0               ；开启接收回波中断

RETIOUT:   RETI

;外中断0，收到回波时进入

PINT0:       CLR   TR0                ；关计数器

CLR   TR1

CLR   ET1

CLR   EA

CLR   EX0

MOV  44H, TL0            ；将计数值移入处理单元

MOV  45H, TH0

SETB  00H                 ；接收成功标志

RETI

*延时程序*

DL1MS:      MOV  R6, #14H

DL1:         MOV  R7, #19H

DL2:         DJNZ  R6, DL2

DJNZ  R6, DL1

RET

*显示程序*

;40H为最高位，43H为最低位，先扫描高位

DISPLAY：        MOV     R1, #40H;G

MOV     R5,#0F7H;G

PLAY:           MOV     A, R5

MOV     P0, #0FFH

MOV     P2, A

MOV     A, @R1

MOV     DPTR, #TAB

MOVC  A, @A+DPTR

MOV     P0, A

LCALL DLIMS

INC              R1

MOV     A, R5

JNB       ACC.0, ENDOUT;G

RR         A

MOV     R5, A

AJMP    PLAY

ENDOUT;           MOV     P2, #0FFH

MOV     P0, #0FFH

RET

TAB; DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH

；共阳数码管  0 ,1, 2,3,4,5,6,7,8,9,不亮，A, —

*距离计算程序(=计算值×17/1000cm)  近似

WORK:               PUSH    ACC

PUSH    PSW

PUSH    B

MOV    PSW, #18H

MOV    R3, 45H

MOV    R2, 44H

MOV    R1, #00D

MOV    R0, #17D

LCALL MUL2BY2

MOV    R3, #03H

MOV    R2, #0E8H

LCALL DIV4BY2

LCALL DIV4BY2

MOV    40H, R4

MOV    A, 40H

JNZ       JJ0

MOV    40H, #0AH           ;最高位为0，不点亮

JJ0:                       MOV    A    R0

MOV    R4, A

MOV    A    R1

MOV    R5 A

MOV   R3, #00D

MOV    R2, #100D

LCALL DIV4BY2

MOV    41H, R4

MOV    A, 41H

JNZ       JJ1

MOV    A, 40H         ；此高位为0，先看最高位是否为不亮

SUBB    A, #0AH

JNZ       JJ1

MOV    41H, #0AH      ； 最高位不亮，次高位也不亮

JJ1:                       MOV    A, R0

MOV    R4, A

MOV    A, R1

MOV    R5, A

MOV    R3, #00D

MOV    R2, #10D

LCALL DIV4BY2

MOV    42H, R4

MOV    A    42H

JNZ       JJ2

MOV    A, 41H         ;次高位为0，先看次高位是否为不亮

SUBB    A, #0AH

JNZ       JJ2

MOV    42H, #0AH     ；次高位不亮，次高位也不亮

JJ2:                       MOV    43H, R0

POP      B

POP      PSW

POP      ACC

RET

*两字节无符 数乘法程序

MUL2BY2:          CLR      A

MOV    R7, A

MOV    R6, A

MOV  R5, A

MOV    R4, A

MOV    46H, #10H

MULLOOP1:       CLR      C

MOV    A, R4

RLC      A

MOV    R4, A

MOV    A,   R5

RLC      A

MOV    R5, A

MOV    A, R6

RLC      A

MOV    R6, A

MOV    A, R7

RLC      A

MOV  R7, A

MOV  A, R0

RLC   A

MOV    R0, A

MOV    A, R1

RLC      A

MOV    R1, A

JNC      MULLOOP2

MOV    A, R4

ADD     A, R2

MOV    R4, A

MOV    A, R5

ADDC   A, R3

MOV    R5, A

MOV    A, R6

ADDC   A, #00H

MOV    R6, A

MOV    A, R7

ADDC   A, #00H

MOV    R7, A

MULLOOP2:       DJNZ    46H, MULLOOP1

RET

*四字节/两字节无符 数除法程序*

DIV4BY2:            MOV    46H, #20H

MOV    R0,  #00H

MOV    R1, #00H

DIVLOOP1:       MOV    A, R4

RLC      A

MOV    R4, A

MOV    A, R5

RLC      A

MOV    R5, A

MOV    A, R6

RLC      A

MOV    R6, A

MOV    A, R7

RLC      A

MOV    R7, A

MOV    A, R0

RLC      A

MOV    R0, A

MOV    A, R1

RLC      A

MOV    R1, A

CLR      C

MOV    A, R0

SUBB    A, R2

MOV    B, A

MOV  A, R1

SUBB    A, R3

JC         DIVLOOP2

MOV    R0, B

MOV    R1, A

DIVLOOP2:         CPL      C

DJNZ    46H, DIVLOOP1

MOV    A, R4

RLC      A

MOV    R4,  A

MOV    A,   R5

RLC      A

MOV    R5,  A

MOV    A, R6

RLC      A

MOV    R6, A

MOV    A, R7

RLC      A

MOV    R7, A

RET

;

END

附C51程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ulong unsigned long

extern void cs_t(void);

extern void delay(uint);

extern void display(uchar*);

//data uchar display(uchar*);

data uchar testok;

void main (void)

{

data uchar dispram[5];

data uint i;

data ulong time;

P0=0xff;

P2=0xff;

TMOD=0x11;

IE=0x80;

while (1)

{

cs_t();

delay(1);

testok=0;

EX0=1;

ET0=1;

while(! testok) display(dispram);

if (1==testok)

{

time=TH0;

time=(time

time*=172;

time/=10000;

dispram[0]=(uchar) (time%10);

time/=10;

dispram[1]=(uchar) (time%10);

time/=10;

dispram[2]=(uchar) (time%10);

dispram[3]=(uchar) (time/10);

if (0==dispram[3]) dispram[3]=17;

} else

{

dispram [0]=16;

dispram [1]=16;

dispram [2]=16;

dispram [3]=16;

}

for (i=0;i

}

}

void cs_r(void) interrupt 0

{

TR0=0;

ET0=0;

EX0=0;

testok=1;

}

void overtime(void) interrupt 1

{

EX0=0;

TR0=0;

ET0=0;

testok=2;

}

NAME      CS_T

_T_T        SEGMENT   CODE

PUBLIC   CS_T

RSEG     _T_T

CS_T:                PUSH      ACC

MOV       TH0, #00H

MOV       TL0, #00H

MOV       A, #4D

SETB       TR0

CS_T1:               CPL        p1.0

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

DJNZ       ACC,CS_T1

POP        ACC

RET

;

END

name   delay

elaylay   segment   code

public   _delay

rseg    elaylay

_delay:    push   acc

mov a,r7

jz   dela1

inc   r6

dela1:   mov   r5,#50d

djnz   r5, $

djnz   r7,dela1

djnz    r6,dela1

pop   acc

ret

end

NAME  DISPLAY

ISPLAYsplay   segment  code

ISPLAYsplay    segment  data

EXTRN    CODE    (_DELAY)

PUBLIC    _DISPLAY

RSEG    ISPLAYSPLAY

isplayte:

dispbit:   ds  1

dispnum:   ds  1

rseg    isplaysplay

_display:  push acc

push  dph

push  dpl

push  psw

inc   dispnum

mov a,dispnum

cjne  a,#4d,disp1

DISP1:    JC  DISP2

MOV  DISPNUM,#00H

MOV  DISPBIT,#0FEH

DISP2:     MOV  A,R1

ADD   A,DISPNUM

MOV  R0,A

MOV  A,@R0

MOV  DPTR,#DISPTABLE

MOVC   A,@A+DPTR

MOV P0,A

MOV A,DISPNUM

CJNE  A,#2D,DISP3

CLR   P0.7

DISP3:       MOV P2,DISPBIT

MOV R5,#00H

MOV  R7,#0AH

LCALL  _DELAY

MOV P0,#0FFH

MOV  P2,#0FFH

MOV A,DISPBIT

RL   A

MOV DISPBIT,A

POP  PSW

POP   DPL

POP   DPH

POP   ACC

RET

DISPTABLE:     DB      0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0BFH,0FFH

END

相关资源：监控摄像头的焦距场距计算软件-专业指导文档类资源-CSDN文库