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《用單片機(jī)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及電路(附源程序)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀說(shuō)明書(shū)引言超聲波測(cè)距儀，可應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合。利用超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制。一、性能要求該超聲波測(cè)距儀，要求測(cè)量范圍在0.08-3.00m，測(cè)量精度1cm，測(cè)量時(shí)與被測(cè)物體無(wú)直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。二、工作原理及方案論證超聲波傳感器及其測(cè)距原理超聲波是指頻率高于20K
2、Hz的機(jī)械波。用超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器.超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（timeofflight）。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。根據(jù)要求并綜合各方面因素，采用AT89C52單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)
3、掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成，超聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)框圖如下圖所示：圖1超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖三、系統(tǒng)硬件部分硬件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。1.單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路單片機(jī)采用AT89C52來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過(guò)P1.1引腳發(fā)射脈沖控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測(cè)外中斷0口INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器
4、所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示：圖2單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路2.超聲波發(fā)射電路利用555時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。12V電源保證555時(shí)基具有足夠驅(qū)動(dòng)能力。P1.1為超聲波發(fā)射控制信號(hào)，由單片機(jī)控制。發(fā)射電路如圖3所示：圖3超聲波發(fā)射電路原理圖3.超聲波檢測(cè)接收電路超聲波接收電路采用集成電
5、路CX20106A，這是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測(cè)距超聲波頻率40KHz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)改變C4的大小，可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。接收電路如圖4所示：圖4超聲波接收電路圖四．系統(tǒng)軟件部分超聲波測(cè)距程序設(shè)計(jì)軟件部分主要由主程序，超聲波發(fā)射子程序，超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。下面對(duì)超聲波測(cè)距儀的算法，主程序，超聲波發(fā)射子程序和超聲波接受中斷程序逐
6、一介紹。1．超聲波測(cè)距儀的算法設(shè)計(jì)下圖示意了超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接受。這樣只要計(jì)算出發(fā)生信號(hào)到接受返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離計(jì)算公式：d=s/2=(c*t)/2*d為被測(cè)物與測(cè)距器的距離，s為聲波的來(lái)回路程，c為聲速，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間2.主程序主程序框圖如右圖所示：主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示
7、端口P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms(這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后，才打開(kāi)外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有：d=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值）測(cè)
8、出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。3.超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.1端口發(fā)送超聲波發(fā)射控制脈沖信號(hào)，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超
