【基于STC89C52單片機的超聲波測距儀設計12000字（論文）】

第1章緒論1.1課題的背景超聲波測距系統適用于汽車雷達、機器人自動避障行走、建造場所等場合。所以在超聲波檢測方面有較高的作用[1]。對本課題的研究與設計，還能進一步提高自己的電路設計水平，深入對單片機的理解和應用。現在，在工業化國家，使用部門在實施無損檢測產品方面非常有效。1981年，在美國無損檢測協會建立40周年之際時，前總統里根在祝賀信中寫道：“汽車，建筑物，船舶，發電廠，飛機和空間飛行器等都會被無損檢測帶來更大程度的可靠性。沒有它，目前在這些領域和其他領域的領先地位就會蕩然無存[2]。”無損檢測發展發展速度之猛，客觀的需要畢竟是一種專業可以發展的最大動力。1.2研究的目的及意義電子測試技術是無損測試技術的一種重要方法，對其發展過程具有重大影響。這個標志是巨大的[3]。在超聲波測試的早期階段，只能研究模擬信號。數據掃描是大多數檢測器的一種方法，并且可以由合格的專業人員通過全面分析來獲取信號。通常，非常需要這樣的人員，但是人的活動會影響測試結果，并且記錄和維護波動率并不是一件容易的事。從1980年代到1990年代，伴隨著數字研究的出現，計算機技術的飛速發展也將成為事實[4]。如今，中國還擁有各種各樣的超聲波測量儀器。如今，該國正朝著數字計算邁進，對數字測試工具的探索也在迅速推進。近年來，許多現代研究工具和系統出現在中國。在技術研究過程中，超聲波傳感器的操作要求也很高。因為用錯誤的數字指示的超聲波測量儀器會給測量結果帶來誤差，因此后來出廠的超聲測量儀器都有兩個顯和機器內部具有單片機細小處置功能[5]。之后又出現了有測量、記錄、保存、分析和整合功能的等有高智商測量分析儀器。當下，計算機市場價格步步下降，如果你使用非集成超聲波測量機，計算機可以利用它的多功能性，這很省事。以前的多種能力的儀器還不如獨立超聲波測量儀。高能檢測機器只能在使用的背景和重復性檢測等基本情況一致的情況下，才會發揮它的獨特功能[6]。總體而言，我國超聲設備的研究和生產取得了進步，有些產品已經超過了外國相同儀器的水平。1.3國內外研究現狀1.3.1國內研究現狀國內對超聲波測距的研究主要集中在超聲波測距處理器的選擇、測距原理和超聲波信號的處理方法等方面[7]。超聲波測距原理：渡越時間法和相位差法。信號的處理方法：閾值檢驗、互相關延時估計、偽隨機碼擴頻測距和最小均方四種。處理器：采用單片機，最常用的是52系列微機，采用運算速度快、效率高的DSP芯片作為超聲遙感處理器，目前超聲范圍一般為3-12m。關于超聲技術，目前來說外國的研究水平遠高于本國的研究水平，從上世紀80年代開始，我國逐步探索實際超聲檢測的可行性，包括檢測材料內部成分的分析和距離的測量[8]。然而，無論超聲技術應用于何處，數字化都是超聲技術發展的大勢所趨，只有這樣才能滿足現代工業生產或生活的需要。1.3.2國外研究現狀國外對超聲檢測技術的研究已經非常深入，尤其是這些年來，國外對超聲檢測技術的研究越來越活躍[9]。美國AIRMAR公司生產的Airduer30型超聲波測量儀測量范圍可達30m，但價格昂貴，精度誤差很小。測量精度在0.05mm以內，在距離和精度方面，仍有很大的改進空間和發展勢頭。1.4研究內容基于單片機的超聲測量系統設計簡單方便，測量精度高，超聲波由單片機控制。本文制定了系統的總體方案，通過硬件和軟件的協同工作，實現了各個模塊的功能，本項目選用了單片機系統、顯示模塊、聲光報警模塊，超聲波測距模塊，電源電路模塊和其他組件集成在一起。相關章節隨附系統圖，硬件電路圖，軟件圖等。該系統具有價格低，運行安全，精度較高，易于操作的優點。可以用于各種應用中距離的測量。設計并制作出以單片機為主要器件的超聲波測距儀系統。1.5論文結構安排此次超聲波測距儀的設計主要從課題的設計背景、目的和意義，系統的總體設計，系統的硬件設計，軟件設計，硬件的組裝與設計幾個方面進行研究，該設計共分六章分別對這幾方面進行了研究，以下就是對這幾章的簡述：第一章為緒論；介紹了本文的研究背景和研究對象的意義以及國內外的研究現狀。第二章是總體設計；一是制定了系統總體方案和說明了總體設計要求；二是對各模塊的選擇。第三章是系統的硬件設計；對顯示模塊、聲光報警模塊、超聲波模塊、電路模塊、數碼管顯示模塊、按鍵模塊等組件的設計。第四章是系統軟件設計；介紹了程序語言和開發環境，制作并展示了系統的總體程序；然后詳細得做了并解釋說明了系統的兩個重點程序設計，包括數碼管程序流程圖設計和超聲波模塊的程序流程圖設計。第五章硬件組裝與測試；先將選擇的元器件進行組裝；然后將組裝好的測距儀分步驟檢測；檢測合格后進行測試，將測試的數據記錄并分析。

總體設計2.1整體方案設計2.1.1系統概述整個系統選取STC89C52單片機作為主要元件，和電阻電容等器件相互配合，組成最小的單片機系統[10]。其它各個模塊根據的單片機系統來設計。其中包括，超聲波發射接收模塊HC-SR04，作為距離傳感器，用來測量與障礙物的距離；顯示模塊，選取4位一體的共陽極LED數碼管顯示器作為顯示模塊，用來顯示傳感器測量到與障礙物之間的距離值；按鍵模塊，主要是對報警值的設置；蜂鳴器和發光二極管的報警電路，當傳感器測量到與障礙物之間的值小于等于設置的報警值時，進行聲光報警；最后是電源模塊，采用5V的USB供電。如果本系統需要測量的地方沒有電源，可以使用移動式便捷電源供電。2.1.2系統圖超聲測距儀大致分為電源電路，STC89C52集成芯片，數碼管顯示器，報警電路，超聲波發射和接收裝置和按鍵電路設置電路。系統圖如圖2.1所示。圖2.1系統圖2.1.3設計要求（1）測量范圍0.02m-4m；（2）測量精度1cm；（3）數碼管顯示測量結果；（4）可設置報警值，報警值可以斷電保存；（5）當小于報警值時，進行聲光報警。2.2方案的選擇2.2.1控制芯片的選擇方案1：使用DSP作為系統管理器。DSP（數字信號控制器）是一種專用的微處理器，是一種利用數字信號處理大量信號的設備[11]。DSP具有對元件值的容限不敏感，溫度和環境等較小的外部因素會受到影響，易于組裝，可以頻繁分配控制權，并調整平衡控制器以實現自給自足。但是，DSP硬件電路比較復雜，價格昂貴，數字系統中的晶體管等器件性能高且不可靠。方案2：使用一臺微型計算機作為系統控制器STC89C52。單中心計算機具有可靠性高，效率高，功耗低等優點，并且發展迅速，可擴展性強，具有強大的計算應用程序，靈活的軟件，程序和自由度[12]。它可以用于通過軟件程序理解許多邏輯功能。本身帶有定時器、計數器，可以用來定時和計數，并且其功耗低，體積小，計數成熟和成本低等優點。在以上研究的基礎上，設計選取了第二個方案，即以微控制器為控制器的STC89C52。2.2.2超聲波電路的選擇方案一：采用獨立的元器件，自己進行超聲波電路的設計，包括超聲波的發射電路、接收電路，以及相關的放大電路和濾波電路。方案二：采用市面上流行的HC-SR04超聲波模塊。方案比較：方案一中，各個模塊都是用獨立的元器件焊接而成的，由于沒有超聲波調試的儀器，做起來有很大的難度，尤其是后期的調試。而采用方案二中的HC-SR04模塊，該模塊價格便宜，質量穩定可靠，使用起來也很簡單方便，很適合于這次所設計的超聲波測距系統，故采用方案二。2.2.3顯示電路的選擇顯示器很明顯是各種各樣電子產品中不可缺少的部分，幾乎所有電子產品都會用到不同的顯示器，唯一的不一樣的地方在于顯示器結構類型不同而已。其中，最簡單的顯示器可以使用LED數碼管顯示。因為該設計只需要顯示的距離范圍在4米之內，所以采用一個四位一體共陽極的LED數碼管顯示所測距離的數值。2.2.4報警電路的選擇方案一：燈光報警：可以選擇較為簡單且經濟實惠的各種各樣的發光二極管作為電路的報警系統。方案二：聲音報警：有很多種類的蜂鳴器可以用作電路的報警系統。可以選擇具備體積小，功耗低等優點蜂鳴器。綜合考慮后進行燈光報警和聲音報警一起選用。報警電路選取較為簡單的5V有源蜂鳴器和5mm紅發光二極管組成。另外附帶一個阻值為1K和一個阻值為10K的電阻。2.2.5復位電路的選擇在單片機的日常工作中，除了對系統進行正常的初始化外，當系統因程序故障或元器件故障而停止工作時，為了解決這個問題，還必須復位重新啟動，因此，系統復位電路就顯得尤為重要。方案一：通電自動復位：當電路連接電源時，復位電路自動啟動，將測距儀初始化。方案二：按鍵復位：在電路中加上按鍵和復位電路相連，當通電時，需按下按鍵才能將測距儀初始化。方案三：復雜且安全的復位方式：RC電路與施密特觸發器相連后接入電路復位端口。當通電時觸發器得電輸出高電平時復位電路將測距儀初始化。結合此次設計來說，此次設計結構簡單，干擾較小，所以使用通電自動復位。2.3本章小結本章總體設計。先介紹了電路的整體設計方案和設計要求，然后對控制芯片、超聲波電路、顯示電路、報警電路和復位電路的選擇。

第3章系統硬件設計3.1單片機最小系統電路（1）概述該硬件電路設計的控制核心使用的是STC89C52，通過查資料可以了解到，它具有8K閃存電路，主要用于對數據信息進行有效的存儲。通過對STC89C52進行深入研究可以看到，它已經得到了比較普遍的使用，同時，它的研發比較便捷，而易于在電路設計過程中順利達成。因為它們可以利用縮短產品開發時間并盡可能加快開發速度的優勢，因此它受到了各方的推崇。具體的運行期間，STC89C52的速度是比較快的，沒有過高的功耗，抗干擾性同樣比較出色。大量的引腳使其適用于多模式選項。同時，STC89C52單片機有兩個設置：6個時鐘/機器周期和12個時鐘/機器周期，可以隨意選擇。選擇命令代碼期間，單片機要兼容于當前的8051單片機。通過研究可以看到，STC89C52電壓范圍2.0V-5.5V，頻率48MHz；它里面有512BRAM數據存儲器，同時，還存在8KB芯片閃存程序。同時，由于STC89C52微控制器具有EEPROM功能，具有復位電路，因此當外部晶振小于20M時，無需連接到相應的外部復位電路上。進行串行通信連接期間，會利用異步串行端口進行針對性的連接。在STC89C52單片機中，相應的封裝方法也有很多，這些封裝尺寸小且高度兼容。并且，STC89C52單片機中，其加密性能同樣比較出色，如果是穩定運行的時候，其功耗是非常低的，同時，其抗干擾功能比較出色。圖3.1STC89C52單片機圖（2）引腳敘述通過對上圖3.1進行研究能夠了解到，作為STC89C52引腳圖，其特定的引腳功能是：在電源中，VCC芯片電源，與5V電壓相連。接地端子為VSS。XTAL1、XTAL2是連接到STC89C52單片機的晶體振蕩器電路的外部晶體的引線端口。STC89C52微控制器具有用于地址鎖存許可的4條控制線和用于片上EPROM編程脈沖的ALE/PROG控制線。PSEN主要用于從外部ROM讀取選通信號。RST/VPD用于重置或備用電源。EA/Vpp控制線主要用于為內部和外部ROM提供選件，并為片上EPROM編程電源。同樣從圖片中，可以看到I/O端口線路設置主要有四個8位端口P0，P1，P2，P3，P0端口是總線端口，可以在外部存儲器讀寫操作中發揮重要的作用，還能起到時分輸出的作用。P1、P2準雙向端口，P1是數據傳輸端口。P2在高8位地址線中使用，不可以當成數據線使用。P3雙功能端口，如果當首個功能進行使用期間，有著與P1端口一樣的功能。3.2HC-SR04超聲波模塊HC-SR04超聲波測距模塊可以提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，其結構簡單，使用單片機控制電路簡單容易，而且價格便宜。該模塊包括超聲波發射、接收與控制電路。實物圖如圖3.2所示。圖3.2HC-SR04實物圖3.2.1超聲波模塊使用的器件（1）MAX232Max232是單相轉換器版本，專門為標準RS-232通道設計，使用了Maxim+電源。在此用于增加T40-16的拉伸強度。Max232共有14個管腳，如圖3.3所示，可分為三部分，第一部分是在泵上，有1、2、3、4、5、6個磁盤和4個管腳，第二部分是數據交換，所有的數據網絡是7、8、9、10、11、12、13和14，其中有13英尺（R1），12英尺（R1out），11英尺（t1in），14英尺（t1ut），第二個數據端口8英尺（r2in），9英尺（r2out），10英尺（t2in），7英尺（t2out）的第一條數據線。第三個組件是15針GND，16針VCC（+5V）電源。圖3.3MAX232引腳分布圖（2）TL074TL074使用了低噪聲JFET放大器如圖3.4。第一、第二和第三磁盤是第一端口上的數據輸入和無輸入的結果，第一端口是輸出端，分別控制這三個端口的輸入和輸出節點。針腳12、13和14不會旋轉輸入端口，后輸入和輸出端子4則針腳4為電源正極，針腳11為負極。 圖3.4TL074引腳分布圖（3）T40-16和R40-16許多超聲波發生器已經升級為讀取和使用光波。通常，超聲波發生器可以分為兩類：電流產生超聲波，其中大多數是壓電波，電磁波和電波。還有很多。機械系統產生超聲波，其中大多數包括爾統笛、液哨和氣流旋笛等。產生的超聲波的頻率，功率和聲音特性不同，因此它們的益處也不同。如今，常用的是壓電式超聲波發射器。壓電超聲發生器利用壓電晶體的諧振作用進行處理，當它的兩極外加脈沖信號，其頻率相當于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，這樣就可以產生超聲波。反之，如果兩電極間沒有外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。模塊使用T40-16T/R如圖3.5所示壓電型傳感器。圖3.5傳感器圖T40-16T/R的特點如下：（1）正常頻率（KHz）：40KHz；（2）10度時的電源電壓（0dB=0.02MPa）：-110dB；（3）40KHz中的頻率70-70dB（0dB=v/s）；（4）距離（m）：0.02-10；（5）外徑（mm）：16；（6）類別：通用型；（7）此方法將T用作發送器，將R用作接收器，將TR用作發送器和接收器。（8）應用范圍：家用電器及其他電子設備的超聲波遙控，電子測距和旋轉，防撞設備，水位檢測，超聲波接近速度和其他超聲波應用。3.2.2超聲波模塊的參數與工作原理（1）電氣參數HC-SR04超聲波模塊參數如下表3.1所示。表3.1超聲波模塊參數額定電壓直流5伏額定電流15毫安額定頻率40千赫茲最大距離4米最小距離2厘米角度大小15度輸入的觸發信號10微秒的TTL脈沖輸入的回響信號輸出TTL電平信號，和射程成比例尺寸大小45*20*15厘米（2）工作原理只需給一個10us以上脈沖觸發信號，此模塊的內部將會自動發出8個40KHZ周期電平并且檢測回波。一旦檢測得到有回波的信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離會是正比關系，由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。HC-SS04工作時系統序列如下圖3.7所示。圖3.7時序圖超聲波傳感器稱為信號傳感器，由壓電晶體和鐵的混合物組成。第一個由兩個晶體組成，與非銫的有機晶體相反。壓電晶體是非共晶類型的。晶體的性質是它將在外力作用下變形[13]。在晶體斷層的影響下，正電荷將丟失，晶體將受到晶體位移的影響，將受到某些正負電荷的影響，將位于壓電巖石的頂部。在這種情況下，墊層材料的尺寸和形狀將受到與原始形狀不同的損壞。除了可以改變磁性物質形狀的溫度變化外，磁性材料的形狀在外部磁性作用下也略有變化。卸下磁鐵后，它將恢復正常。最常用的超聲傳感器是壓電的。傳感器通常在旋轉，無法調節。特殊的晶體傳感器是旋轉設備。所謂的后向傳感器意味著該傳感器可以在發射器和接收器上使用。經過分析，系統使用超聲波設備HC-SR04。超聲波設備中的壓電設備工作效率高，生物電效果好。所謂的眾所周知的電介質材料是指在一定方向上向晶體施加外力，從而使電極出現在晶體中。在外力的作用下，壓電晶體將在晶體材料的頂部產生不同的電荷。斷開外部電源后，晶體將處于中間狀態，而無需給電池充電。剪應力對應于外力的方向。相反，當將鉆石置于常規電場中時，生物電晶體將產生電場缺陷。電子設備尺寸和位置的變化可歸因于壓電材料的負面影響。由于超聲波在介質中以直線狀態傳播，超聲波在非塑性介質中的傳播存在一定的差異，這主要反映在超聲波的傳播頻率和防衍射能力上。超聲波傳播頻率越高，反射率越強，衍射能力越弱[14]。由于這些指示符的微妙關系，可以檢測時差檢測方法和對象的范圍。超聲波傳感器是經常用作超聲輻射組件和相應接收組件的能量轉換裝置。超聲波傳感器由四個模塊組成：超聲波接收模塊、超聲波發射模塊、控制模塊和電源模塊。3.2.3超聲波電路聲波模塊一共引出四個引腳，其中一個接VCC，一個接GND，剩下兩個分別接到單片機的IO口。在本設計中，把超聲波的ECHO引腳接到單片機的P23口，TRIG引腳接到單片機的P22。超聲波電路圖如圖3.8所示。圖3.8超聲波電路3.3數碼管顯示電路數碼管模塊連接圖如圖3.9所示。第一和第二引腳連接到圓的GND和VCC。兩個引腳都是用于數字流水線工作的電源極。第三個燈由10K電流表設置，并且可以通過控制數字管道更換平衡來進行調整。第四個引腳是連接到微控制器P13引腳的數字注冊注冊號。第五個引腳是與P1引腳微控制器相關的數字文本控制代碼。第六個引腳是數字管的開口，該數字管連接到小型控制器的P15引腳。引腳7至14是8位總線數據/nicetb的地址，該地址連接到單個micro0P0端口。最后，引腳15和16直接連接到VCC和GND系統的后端數字支持組件。圖3.9數碼管模塊連接圖3.4報警模塊該型號不僅具有超聲波操作，還具有報警功能。可以為系統設置警報值。當所測量的距離未達到警報值時，將聽到揚聲器的聲音并且LED指示燈將點亮，以完成警報功能和燈光功能。3.4.1蜂鳴器電路蜂鳴器的驅動電路如圖3.10所示。由于蜂鳴器工作時的電流比較大，導致單片機的I/O端口是不能直接驅動的，所以可以利用三極管來驅動。三極管的控制腳（基極）接到單片機P20輸出端口，所以單片機的P20輸出端口一旦輸出低電平，蜂鳴器就會報警鳴叫。圖3.10蜂鳴器電路圖3.4.2發光二級管發光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。在這里選擇砷化鎵二極管發紅光，發光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯限流電阻以控制通過二極管的電流。3.4.3報警電路對于圖3.11所示的LED報警電路，將LED正極調到最大電源，將LED負極連接到P21微控制器和1K電阻系列上，只要芯片P21的電平低，LED燈就可以打開。圖3.11報警電路3.5按鍵輸入模塊鍵盤是人與單片機打交道的主要設備。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設計上也不復雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節省端口資源上有優勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產生的“毛刺”現象。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，延時法的原理為：“毛刺”脈沖一般持續時間短，約為幾ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間后再判斷此電平是否保持原狀態,如果是則為有效按鍵，否則無效。由于該型號的按鍵較小，因此僅將三個鍵稱為“設置”，“增加距離”和“減少距離”，因此使用鍵盤來連接P14，P15和P16的微控制器。按鍵組合如圖3.12所示。圖3.12按鍵電路3.6本章小結本章系統硬件的設計。對單片機模塊、超聲波模塊、數碼管顯示模塊、報警模塊和按鍵輸入模塊電路的設計。

第4章軟件設計4.1程序語言及開發環境C語言是一種程序設計語言，由Bell實驗室的DennisEmery于1972年創立，1978年以后發展到大、中、小型和微型工業。獨立于計算機硬件的系統編程和程序編寫，使用C語言不僅在軟件開發中，而且在許多科學研究中都有著廣泛的應用和強大的數據管理功能。該程序與3D和2D圖形系統以及特殊效果兼容[15]。KeilC51是由KerrSoftware在美國開發的一種51語言軟件開發系統。提供了全面的開發應用程序，包括宏集合，網絡連接，C編譯器，庫管理和強大的調試[16]。4.2程序流程圖4.2.1總體流程圖該系統的軟件流程如圖5-1所示。圖4.1主程序流程圖首先啟動數碼管，包括啟動數碼管功能和數碼管顯示屏。然后設置無限循環系統，插入循環的第一步是啟動超聲系統，通過數碼管顯示測得的距離，然后確定測得的距離未達到設定值（如果失敗）。警報完成第一個任務后，檢查按鈕以確定是否已按下每個鍵，如果已按下，則進入警報設置功能。至此，完成了第一輪工作，并且該循環繼續進行下一輪掃描。4.2.2數碼管程序流程圖設計考慮到系統資源的利用，采用了動態查看的方式，采用81155芯片作為接口I/O對系統進行單片機軟件的擴展，數碼管門用于LED字體的輸出，PC端口用于選擇數碼管位置控制端口，并接受陰極顯示器的常用連接方式。設置為查看說明的查看地址計算的距離數據，并在預覽中給出查看說明中顯示的字符代碼的地址。數碼管程序流程圖設計如圖4.2所示。圖4.2數碼管顯示流程圖4.2.3HC-SR04模塊的程序流程圖設計（1）采用I/O口TRIG觸發測距，提供至少10us的高電平信號；（2）啟動后，模塊會自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）如果有信號返回，通過I/O口Echo輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。（4）測試距離=(高電平時間×聲速(340m/s))/2；系統的軟件流程例如圖4-3所示。圖4.3超聲波模塊程序流程圖4.3本章小結本章主要是對軟件進行設計。首先，介紹了程序語言及開發環境，闡述了系統的總體流程圖。然后，詳細得介紹了系統的兩個重點程序設計，包括數碼管程序流程圖設計和HC-SR04模塊的程序流程圖設計。

第5章硬件組裝與測試5.1元器件的組裝當前選用的組件包括：單片機STC89C52，發光二極管電線，電源開關，電路板，蜂鳴器，晶體管，4位一體數碼管顯示器，傳感器，電容電阻等元器件。這些組件需要在焊接之前仔細搜索信息并了解每種工具的特性。這些組件可以根據型號直接在電子零件市場中直接購買。注意電阻和電容的大小以及連接時芯片的順序。電阻的大小通常可以通過有色環讀取，也可以用數字或者機械萬用表進行測量。組裝完成的超聲波測距儀實物圖如圖5.1所示。圖5.1超聲波測距儀實物圖5.2電路的測試如果供電電路正常，則是系統能夠正常工作的前提。因此，首先調試電源，接通電源，測得電源電壓為5V，調試是指改進和檢測電路。調試是在組裝電路后測量電路的參數和工作條件，而改進是在測試的基礎上修改電路的某些參數以滿足設計需求。在調試之前，應擬定測試程序，使用的方法和設備，以便知道如何做才能確保電路調試的成功。5.2.1測試方法調試方法有兩種：一種是在安裝的過程中進行調試，按照程序圖的功能和安裝調試的原理，將復雜的電路分為幾個簡單的電路，在簡單電路調試的基礎上，逐步擴大安裝調試的范圍，最終完成調試，這種方法在新設計的電路中經常使用。其二是在組裝完成后調試。此方法適合用在簡單系統和簡單電路的電路調試。5.2.2測試步驟（1）通電前檢查電路焊接完成功后,先不要直接通電，首先要確保電路接線圖認真對照檢查電路中的接線無誤，包括接線錯誤，接線是否短路。而且還要檢查各個元件引腳的使用端數是否和電路接線圖是否相符。檢查線路時應使用指針式萬用表的“Ω×1”檔進行檢查或是用數字萬用表“Ω”檔的蜂鳴器來進行檢測，而且檢測時應該直接測量元器件引腳，這樣檢測的同時可以發現引腳是否有接觸不良的地方。（2）通電觀察在電路安裝沒有問題的狀態下打開電源。但是，不能在通電后立即調試電路功能，首先檢查電路有沒有故障，電路中各元器件是否在加熱和燃燒，有無短路或斷路，有無漏電。如果在測試過程中出現電路故障，應立即關閉電源，檢查并排除故障，然后重新通電。如有必要，必須測量每個插頭的電源電壓，而不僅僅是單個設備的總電壓，以確保部件的正常工作。（3）單元電路調試調試單元電路時，應明確該部分的調試要求，按照電路原理圖中的信號流向進行調試順序，以便對整個電路進行分步調試，并且可以將之前調試電路的輸出信號作為下一個電路的輸入信號，以保證電路的調試更加順暢和方便。單元調試包括靜態調試和動態調試，靜態調試一般是指在沒有附加信號的情況下測試電路各點的電位，特別是有源器件的靜態工作點。隨著時間的推移，可以發現損壞的關鍵部件，動態調試就是用前相的輸出信號或其自身的信號來驗證a機組的不同指標是否符合設計要求，包括信號寬度、波形、相位關系等，對于信號產生電路，通常只看動態指標，并將靜態和動態測試結果與設計指標進行了比較。經過深入分析，提出了合理的電路和參數修正方案，調試過程中必須做好詳細記錄。（4）整機聯調每個單元一個電路調試后，由它們組成的整個電路的性能并不一定好，所以必須對整個電路進行調試，整個電路的調試主要是動態性能的觀察和測量，將測量結果與設計指標逐一比較，找出問題和解決辦法，然后對電路及其參數進行修正，直至所有電路的性能完全滿足設計要求。5.3實驗測試5.3.1實驗目的此測試的目的是測試超聲系統的精度、范圍以及溫度對系統的影響。該距離測量方案由40kHz方波微控制器程序生成。要生成40kHz方波，需要更改方波的輸出引腳電平。單芯片12m晶體振蕩器的時間分辨率為1μs。該單個芯片只能分別以41.67kHz和38.46kHz的頻率生成12μs或13μs的方波信號。為了便于選擇，微控制器產生大約38.46kHz的方波。此測試的目的是測試超聲系統的精度、范圍以及溫度對系統的影響。5.3.2測試數據測試與目標物距離為2CM，15CM，30CM，60CM，120CM，180CM，240CM，300CM。對于溫度，選擇14℃，16℃，18℃，20℃，22℃來測量室內或室外距離。實驗圖如圖5.3所示。圖5.3實驗圖5.3.3實驗結果與分析一個眾所周知的事實是，當測量距離小于2cm時，幾乎是不可能測量到的距離。經過分析，可以看出超聲波溫度很高，因為距離很短，接收信號經常疊加，數據幾乎無法測量。并且，當測量范圍大于3m時，由于透射光不是很大，因此一定距離后獲得的探頭無法獲得相同的結果，因此不應在3m處顯示傳感器數據。該測試還表明了補償溫度的重要性，聲速不一定達到340m/s，但必須進行補償。盡管補償后仍然存在誤差，但該誤差是補償前的兩倍。測量結果顯示在下面的表5.1中：表5.1測試數據距離溫度5cm15cm30cm60cm120cm180cm240cm300cm14℃5cm15cm30cm60cm120cm179cm239cm299cm16℃5cm15cm30cm60cm120cm179cm239cm299cm18℃5cm15cm30cm60cm120cm179cm239cm299cm20℃5cm15cm30cm60cm120cm179cm239cm299cm22℃5cm15cm30cm60cm120cm17