超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、單片機(jī)及其接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書???學(xué)生姓名:JGuo學(xué)號：學(xué)院:計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院?專業(yè):?自動化題目:倒車測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師?職稱副教授職稱講師2013年10月21日1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的倒車測距監(jiān)測系統(tǒng)，倒車時(shí)可以監(jiān)測車尾與障礙物的距離，近距離時(shí)可報(bào)警提示。2設(shè)計(jì)要求選擇傳感器，設(shè)計(jì)鍵盤、測距和報(bào)警電路，按下“啟動”鍵，每隔1秒，檢測1次車尾和障礙物的距離，檢測范圍0-2m，測量精度±0.1米，距離小于0.5米時(shí)自動報(bào)警提示；倒車完畢，按下“停止”鍵，系統(tǒng)停止運(yùn)行。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行距離的測量和報(bào)警，設(shè)計(jì)中涉及

2、到的內(nèi)容較多，主要是將單片機(jī)控制模塊、測距模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、顯示模塊這幾個(gè)模塊結(jié)合起來。而本設(shè)計(jì)的核心是測距模塊，其他相關(guān)模塊都是在測距的基礎(chǔ)上拓展起來的，首先選擇合適的測距傳感器，之后選擇合適單片機(jī)芯片，以下就是從相關(guān)方面來論述的。3.1激光測距一個(gè)典型的激光測距系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)單元：激光發(fā)射單元，激光接收單元，距離計(jì)算與顯示單元，準(zhǔn)直與聚焦單元。系統(tǒng)工作時(shí)，激光由發(fā)射單元發(fā)出，以光速到達(dá)目標(biāo)物后反射回來，被接收單元接收，通過距離計(jì)算與顯示單元得到目標(biāo)物距離。激光測距中的一種方法是脈沖測距法。目前，脈沖激光測距獲得了廣泛的應(yīng)用。脈沖激光

3、測距利用激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，能量在時(shí)間上相對集中。其基本原理是：在測距點(diǎn)向被測目標(biāo)發(fā)射一束短而強(qiáng)的激光脈沖，光脈沖發(fā)射到目標(biāo)上后其中一小部分激光反射到測距點(diǎn)被光功能接收器所接收。假定光脈沖在發(fā)射點(diǎn)與目標(biāo)間來回一次所經(jīng)歷的時(shí)間間隔為t，那么被測目標(biāo)的距離D為：D=c.t/2(3-1)在式3-1中C表示光速，當(dāng)認(rèn)為光速一定時(shí)(不考慮大氣中光速的微小變化)，脈沖時(shí)間誤差為△t，那么由此可以確定測距精度:(3-2)測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由脈沖半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射電路、光學(xué)元件、漫反射物體、接收系統(tǒng)、高精度時(shí)間轉(zhuǎn)換芯TDC-GP1、單片機(jī)構(gòu)成，激光發(fā)射

4、電路打出窄脈寬光脈沖，同時(shí)將發(fā)射脈沖輸入TDC-GP1的START端口，觸發(fā)時(shí)差測量。一旦從物體傳回的發(fā)射脈沖達(dá)到了光電探測器(接收電路)則給了TDC產(chǎn)生一個(gè)STOP信號，這個(gè)時(shí)候時(shí)差測量完成。TDCGP1記錄從START到STOP脈沖之間的時(shí)差，用于計(jì)算所測物體與發(fā)射端的距離。單片機(jī)對于TDC-GP1進(jìn)行寄存器配置以及時(shí)間測量控制，時(shí)間測量結(jié)果傳回給單片機(jī)通過算法進(jìn)行距離的精確計(jì)算和處理，再將結(jié)果送給液晶顯示出來。3.2紅外測距紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出頻率為40kHz的紅外線,經(jīng)障礙物反射,紅外線接收器接收到反射波信號,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴y出

5、發(fā)射波與接收到反射波的時(shí)間差t,即可求出距離：(3-3)(3-3)式中,c為光速度,一般取3×108m/s。本文采用“計(jì)數(shù)”方式,通過單片機(jī)處理進(jìn)行測量,其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài),當(dāng)紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時(shí),經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動信號,單片機(jī)的計(jì)數(shù)器開始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí),經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過編程,單片機(jī)自動處理,用脈沖的周期T乘以脈沖數(shù)n就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時(shí)間差t,即：t=nT(3-4)，(3-4)

6、式代入(3-3)式就得測量距離。系統(tǒng)的建立根據(jù)以上的測距原理,設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的基本構(gòu)架。紅外線測距系統(tǒng)的紅外發(fā)射電路發(fā)射出40kHz頻率的紅外線,當(dāng)遇到障礙物紅外線發(fā)生漫反射,紅外線接收電路第一次接收到反射的紅外線時(shí),給單片機(jī)一個(gè)信號脈沖,啟動單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器置位進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài);當(dāng)接收電路第二次接收到反射器的紅外線時(shí),經(jīng)單片機(jī)處理給出一個(gè)信號脈沖,使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù),數(shù)據(jù)被鎖存,然后經(jīng)單片機(jī)處理,將測量的距離顯示在顯示器上。3.3超聲波測距與激光測距、紅外線測距相比,超聲波對外界光線、色彩和電磁場不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強(qiáng)、有毒、灰塵或煙霧

7、的惡劣環(huán)境,在識別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢。超聲波測距是一種非接觸式測量,廣泛應(yīng)用于倒車防撞雷達(dá)、機(jī)器人接近覺、海洋測量、物體識別等領(lǐng)域。超聲波測距原理超聲波測距從機(jī)理上可以分為共振式和脈沖反射式兩種,該設(shè)計(jì)采用后者。工作時(shí)由超聲波發(fā)射極發(fā)射超聲波,同時(shí)開始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播,當(dāng)碰到障礙物時(shí),由于其良好的反射能力而被反射,由超聲波接收極接收,此時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束。記超聲波往返的時(shí)間為t,根據(jù)s=ct/2計(jì)算超聲波收發(fā)極與障礙物之間的距離,這就是通常所說的渡越時(shí)間法,也稱時(shí)間差測距法。其中c為超聲波波速,與環(huán)境溫度有關(guān),在測量精度要求高的

8、場合要考慮溫度影響,可由軟件進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償;在測量精度要求不是很嚴(yán)格的情況下,可以忽略溫度的影響,認(rèn)為c為常數(shù),設(shè)計(jì)中取c=340m/s。根據(jù)對以上三種