高精度超聲波測距儀的設(shè)計和實現(xiàn)答辯PPT.ppt

超聲波測距儀的設(shè)計與實現(xiàn),專業(yè)： 通信技術(shù) 姓名： 邵校 指導(dǎo)教師:張維,第一章 緒論,1.1 選題背景及意義,由于超聲波在介質(zhì)中傳播不易受干擾，方向性好，能量集中度高，傳播距離遠等特點，因而經(jīng)常被用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播規(guī)律、研發(fā)高效率收發(fā)電路，對于超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。 隨著人們生活水平的提高，越來越多的人擁有了汽車。隨著城市化的加快，道路顯得很擁擠。尤其是很多新手駕車，倒車時經(jīng)常發(fā)生擦碰。經(jīng)常因為一些小問題，造成車尾的損壞，車身被刮花。如果有一種可以測距的硬件提示車尾與障礙的距離，讓新手?jǐn)[脫倒車的恐懼。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。,1.2 本設(shè)計相關(guān)說明,根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，可以采用at89c52單片機作為主控制器，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成，其中硬件部分主要由單片機主系統(tǒng)及超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、顯示模塊幾部分組成。采用at89c52來實現(xiàn)對各個子模塊的控制。由單片機計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，結(jié)合超聲波聲速通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離，并將距離和溫度補償模塊所測得的環(huán)境溫度在屏幕上予以顯示。軟件部分主要有主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序。,項目概述,第二章 超聲測距技術(shù)方案分析,2.1 超聲與超聲的特性,聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，取整數(shù)為20000赫茲)時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。 超聲波的特性有： （1）束射特性 由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。,（2）吸收特性 聲波在各種介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其強度會逐漸減弱，這是因為介質(zhì)要吸收掉它的部分能量。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為歷害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。 （3）超聲波的聲壓特性 當(dāng)聲波進入某物體時,由于聲波振動使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。,2.2 超聲測距原理,最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。,第三章 超聲測距技術(shù)硬件部分設(shè)計,3.1 概述,整體電路的控制核心為單片機at89c52。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路,超聲波接收電路,單片機電路,顯示電路,等幾部分模塊組成。單片機控制發(fā)射模塊發(fā)出40khz的超聲波信號并開始記時，通過超聲波發(fā)射器輸出超聲波信號；超聲波接收器將接收到的超聲波返回信號送至接收模塊，經(jīng)處理后，送至中斷信號至單片機，單片機啟動中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行判別、計算和修正，得出距離數(shù)并顯示。,硬件結(jié)構(gòu)圖,3.2 單片機處理單元,單片機正常工作時，都需要一個時鐘電路和一個復(fù)位電路來構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所需的時鐘信號，其有兩種時鐘方式：外部時鐘和內(nèi)部時鐘。外部始終是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片單片機同時工作，以便于同步。本設(shè)計只有一片單片機，采用內(nèi)部時鐘方式。at89c52內(nèi)部有一個可控制的負反饋反向大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體以及電容c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、快速性以及溫度穩(wěn)定性。出于對測距精度的考慮，本設(shè)計采用12mhz的晶體振蕩器，c1和c2的電容值約為100pf。 復(fù)位是單片機的初始化操作，只要rst引腳出至少保持兩個機器周期的高電平就可以實現(xiàn)復(fù)位。在rst端出現(xiàn)高電平后的第二個周期，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，以后每個周期重復(fù)一次，直至rst端變低。單片機的復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位和手動復(fù)位。本設(shè)計采用手動復(fù)位方式。當(dāng)按下復(fù)位按鈕時，電容迅速放電，使rst端迅速變?yōu)楦唠娖?，?fù)位按鈕松開后，電容通過電阻充電，逐漸使rst端恢復(fù)低電平。,單片機最小結(jié)構(gòu),單片機最小系統(tǒng)電路圖,3.3 發(fā)射模塊,超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器tct4016t能向外界發(fā)出40 khz左右的方波脈沖信號。發(fā)射模塊的核心是74ls04集成塊。由于單片機端口輸出功率不夠，故需要通過發(fā)射模塊來實現(xiàn)推動超聲波發(fā)射探頭工作的效果，通過編程由單片機p1.0端口輸出脈沖信號至發(fā)射模塊，發(fā)射模塊隨即控制超聲波發(fā)射器tct4016t以將超聲波發(fā)射到空氣中。,資料,發(fā)射模塊電路圖,3.4 接收模塊,tct4016t發(fā)射的超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物就會返回，返回的部分有超聲波接收器接收。超聲波接收部分是為了將反射波(回波)順利接收到，超聲波接收換能器tct4016r將接收到的反射波轉(zhuǎn)換變成電信號，并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理后得到一個負脈沖送給單片機的3.2(int0)引腳，以產(chǎn)生一個中斷。 在這里我采用的是集成電路cx20106a，這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38khz與測距超聲波頻率40khz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。,接收模塊電路圖,第四章 超聲測距技術(shù)軟件部分設(shè)計,4.1 概述,超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。采用c語言編程，翻譯成匯編語言寫入單片機。,4.2 計算距離程序,tr0=0; th1=0x9e; tl1=0x57; t=th0; t=t*256+tl0; t=t-29; s=t*csbc/2; tr1=1; cl=0; csbint=1;,4.3 超聲波發(fā)生程序,ea=1; /開中斷 tmod=0x11; /設(shè)定時器0為計數(shù)，設(shè)定時器1定時 et0=1; /定時器0中斷允許 et1=1; /定時器1中斷允許 th0=0x00; tl0=0x00; th1=0x9e; tl1=0x57; csbds=0; csbout=1;,cl=0; csbs=8; jpjs=0; sj1=50; sj2=200; sj3=580;,4.4軟件去抖,void keyscan() /健盤處理函數(shù) xx=0; if(k1!=1) / 判斷開關(guān)是否按下 delay(100); /延時去抖動 if(k1!=1) / 判斷開關(guān)是否按下 while(!k1) delay(25); xx+; if(xx1000) jpjs+;,f(jpjs3) k4cl(); jpjs=0; xx=0; switch(jpjs) case 1: k1cl();break; case 2: k2cl();break; case 3: k3cl();break; ,4.5 距離告警程序,s=t*csbc/2; /計算距離 tr1=1; cl=0; csbint=1; if(s80)bj=1,第五章