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基于 51单片机超声波测距器设计
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号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（time
of flight）。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，超声波驱动信号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：
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超声波测距器系统设计框图
三、系统组成
硬件部分
主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
采用 AT89S51来实现对 CX20106A红外接收芯片和 TCT40-10系列超声波转换模块的控
制。单片机通过 P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测 INT0引
脚，当 INT0引脚的电平由高电平变为低电平