51单片机超声波测距系统设计+电路图
1.1课题背景
伴随着科技的快速发展在人们的日常生活中越来越多科技成果很大方面的经常用到,因此使我们的生活多姿多彩。本课题就是本着使生活越来越来好的这个立场出发,抓住超声波的优点来为服务大众。超声波信号的能量是强大的,它经常被用于距离的测量。超声波在物质中传播时，因为超声波的开始发射和计时我们是作为同时进行考虑的，依据超声波的特性在传播的过程中碰到障碍物就会立即反射回来，当接收到信号时接收装置就马上停止计时。超声波在空气中的传播速度为v，根据t的记录时间，可以快速的计算出实际的launchdistance屏障，就是所谓的时间差测距方法。因为超声波信号含有强大的能量，在传递过程中消耗程度比较缓慢，在很多介质中都能够传播比较远的距离，所以很多人都比较喜欢用这种方法来测量距离，因此得到很多人的推崇，像大家所熟悉的测距仪和物位测量仪等都能用这样的测距原理来实现。超声波检测的使用往往是相对快速、方便、数据处理简单、容易控制，并能适应要求的工业需要的精密测量，所以在机器人研发上也得到了相对大力度的应用。超声波测距的方法与其他方法相比较，这个测距很不错，因为它在光线、色彩和电磁场这样的环境中更敏感，更适合电磁干扰环境中，当然在一个强大的黑暗，雾霾等恶劣环境中也是不可替代的，在分辨物体的透明度和漫反射的差异也更有它的优点[1]。37676
1.2 课题的研究意义
随着现代科技的发展，在许多应用中的测距方法已经无法满足人们的需要，在液位检测、机械手控制、车辆自动导航、物体识别、倒车雷达、以及一些工业现场作业等方面应经得到了极大的应用，特别是在大气中测距方面更是应用最多。超声波传播速度比较慢在空气这种介质中，并且能够很容易的检测到其回波信号，因此具有比较高的分辨能力，所以这种方法在跟其它方法比在准确度确定方面更高，而且超声波传感器有很多优点，比如结构组成简单、体积较小，还有就是信号处理性能强等等。超声波测距，简单、方便、快速的计算也比较容易实现实时控制，可以满足测量精度要求的工业应用，这个设计是以单片机AT89C51为基础做出来的，它是一种比较科学实用的精确度相对较高的测距方法[2]。论文网
1.3 超声波测距原理
声音是一种形式的沟通对象或机械振动的能量状态，是指在上下或左右运动的平衡位置附近的振动。就像鼓面被敲击后，空气中的微小介质在震源的带动下从近处传到远处，而且传播的方向是各个方向都有，这就是所谓的声波[3]。超声波的定义是这么说的，它的特性是频率大于20000Hz，因为频率大自然振动次数就相对比较频繁，因此就不在人类的听觉的范围之内，也就是因为这人们把这种超出听力范围的声波叫做超声波。超声波跟能听到的声波在本质上是一致的，机械振动是他们的共同点，大都是以纵波的形式进行传播的，而不同点是超声波频率高，波长短，有一个好的方向的光束在一定的距离内沿直线传播。超声波的特性：
（1）由于超声波在介质中传播时，存在着能量的慢慢衰减。这个是因为在传播的过程中会受到阻碍的作用，然后传递的信号就会慢慢的逐渐变弱。
（2）超声波声束指向性比较强，能够很容易的集成束。超声波在不同介质中传播时具有不同的速度，当然其传递速度也受介质温度、湿度等的影响，但是在外部环境完全一样的时候，在相同介质中的传递速度确是一样的。
（3）当两种介质组成不一样时，他们的交界面处就会容易发生散射、反射现象。现在实际运营中有两种方法运用的比较多，一种是在两端分别都装有传感器，一端作为发射端，另一端作为接收端用来接收信号，我们认为这种设计方案适用于身高计；另一种是发射端和接受端是在一块的，经过发射反射再接收的方式，我们认为这种适用于测距仪之类。我们此次的设计方案采用第二种方式。如果超声波传感器灵敏度强则测距仪的测量精度就会高。超声波传感器是有部分是采用压电效应的传感器，有的不是，这种压电效应形式常用的材料是压电陶瓷。在一个适度的衰减介质中超声波传播，频率的衰减程度越高；其频率高分辨率也高，短距离测量与长距离时测量时应该选用不一样的传感器。声波在空气中传播的定义为当尺寸大于对象的声波的波长总是发生反射现象，反射波称为回声。如果声波传播时速度已知的，并从声源的声波为对象，通过测量时间可以看到返回的声源，所以我们可以计算出从测距仪到目标的距离。超声测距仪是根据超声波障碍特征反映数据的测量，即：