課程設(shè)計(jì)(論文)-基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距離設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目:超聲波測(cè)距離__________________________________________________________共16頁第-16-頁一、緒論隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)距離或長度測(cè)量的要求越來越高。超聲波測(cè)距由于其能進(jìn)行非接觸測(cè)量和相對(duì)較高的精度,越來越受到人們的重視。超聲波測(cè)距離的一個(gè)最重要的功能就是作用于倒車系統(tǒng)上。要實(shí)現(xiàn)倒車系統(tǒng)的準(zhǔn)確精度,就得把超聲波和單片機(jī)相結(jié)合,利用單片機(jī)的控制系統(tǒng)和精確的運(yùn)算使超聲波測(cè)距離更加快速和精確。從而,減少事故的發(fā)生。通過該實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)利用單片機(jī)和超聲波探

2、測(cè)元件測(cè)試距離的基本方法,進(jìn)一步熟悉單片機(jī)定時(shí)器技術(shù)、中斷技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過程中的綜合運(yùn)用方法,提高綜合應(yīng)用程序的編程方法與技巧。發(fā)射器發(fā)出的40KHz超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回,由接收器接收,其往返時(shí)間為t,由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。報(bào)告內(nèi)容包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制主程序、中斷子程序、延時(shí)子程序和超聲波發(fā)射、接收電路以及主電路。二、對(duì)本課程設(shè)計(jì)的分析2.1總體設(shè)計(jì)方案介紹2.1.1超聲波測(cè)距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回,由接收器接收,

3、其往返時(shí)間為t,由s=vt/2即可算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波,其聲速v與溫度有關(guān),下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí),如果溫度變化不大,則可認(rèn)為聲速是基本不變的。表1-1超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度(℃)-30-20-100102030100聲速(m/s)313319325323338344349386表1-12.1.2超聲波測(cè)距儀原理框圖如下圖單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào),經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出;超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大,用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后,啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序,

4、測(cè)得時(shí)間為t,再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算,得出距離數(shù)并送LED顯示。共16頁第-16-頁超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時(shí)器單片機(jī)控制顯示器圖1-1超聲波測(cè)距儀原理框圖2.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(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。單片機(jī)采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率,減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.4端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(hào),利用外中斷P3.3端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯

5、示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管,用9012驅(qū)動(dòng)。2.2.151系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測(cè)距原理2.2.1.151系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)5l系列單片機(jī)中典型芯片(AT89S51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式,內(nèi)部由CPU,4kB的ROM,256B的RAM,2個(gè)16b的定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO和T1,4個(gè)8b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E~PROM),使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途,在便攜式、省電及特殊信息保存的儀

6、器和系統(tǒng)中更為有用。?5l系列單片機(jī)提供以下功能:4kB存儲(chǔ)器;256BRAM;32條工/O線;2個(gè)16b定時(shí)/計(jì)數(shù)器;5個(gè)2級(jí)中斷源;1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。空閑方式:CPU停止工作,而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式:保存RAM的內(nèi)容,振蕩器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源,即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。2.2.1.2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過

7、不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波,從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t,然后求出距離S=Ct/2,式中的C為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在4個(gè)因素:超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。由于超聲波屬于聲波范圍,其波速C與溫度有關(guān)。共16頁第-16-頁一、主要電路模塊的實(shí)現(xiàn)方案比較及選擇3.1超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖2-2所示。發(fā)射電路主要由反相器74SL04和超聲波發(fā)射換能器Lf構(gòu)成,單片機(jī)P1.

8、4端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極,另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極,用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端,可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。圖3-1超聲波發(fā)射電路原理圖壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào),

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