52單片機(jī)超聲波測距論文最終版

1、超聲波測距摘 要：本作品采用AT89S52作為主控制器，包括LCD液晶顯示模塊、超聲波測 距模塊，構(gòu)成了一個基于單片機(jī)控制的超聲波測距。系統(tǒng)框圖如圖1所示顯示模塊超聲波接單片機(jī)控制系統(tǒng)卜超聲波發(fā)收模塊（AT89S51）I Z射模塊供電單元硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路等幾部分。單片機(jī)采用 AT89S52系統(tǒng)晶振采用12MHz高精度的晶振， 以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，P3.2端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯 示電路采用簡單實(shí)用的LCD1602液晶顯示，輸出端口為單片機(jī)的

2、P2 口，位碼輸 出端口分別為單片機(jī)的 P3.5、P3.6、P3.7 口。1.1系統(tǒng)整體方案的設(shè)計由于超聲波指向性強(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)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較 簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī) 械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液 哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因 而用途也各不相同。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因

3、素，本文采用 AT89S52單片機(jī)作為控制器，用LCD實(shí) 現(xiàn)數(shù)字動態(tài)顯示，采用555定時器構(gòu)成振蕩電路。1.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)51系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU 4kB的ROM 256 B的RAM 2個16b的定時/計數(shù)器 TO和T1, 4個8 b的工/O端I : IPO，P1，P2, P3, 個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、可擦除只讀存儲器(EPROM)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器和系統(tǒng)中更為有 用。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 2-1所示。AUg

4、7Pl.6PL7RST/VPDRXDTXD P3JP3 2INTI P3.3TO P3.4IL H SWR P36RD P3 7XTAL2XTALIVto11121314151617181920AT89C517 6 5 4 3 2 10 陀 Sip2p2p2氏曲P2圖2-1対系列單片機(jī)封裝圖52系列單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲器；256 BRAM 32條工/0線；2個 16b定時/計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路?？臻e方式：CPU亭止工作，而讓RAM定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工 作。掉電方式：保存RAM勺內(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

5、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距系統(tǒng)。1.3 系統(tǒng)整體方案的論證超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收， 根據(jù)超聲波傳播的時間來 計算出傳播距離。 實(shí)用的測距方法有兩種， 一種是在被測距離的兩端， 一端發(fā)射， 另一端接收， 直接接收波方式， 適用于身高計； 一種是發(fā)射波被物體反射回來后 接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。 超聲波傳感器是一種采用 壓電效應(yīng)的傳感器， 常用的材料是壓電陶瓷。 由于超聲波在空氣中傳播時會有相

6、當(dāng)?shù)乃p， 衰減的程度與頻率的高低成正比； 而頻率高分辨率也高， 故短距離測 量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。21 超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)主要由：AT89C51單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾 波部份構(gòu)成。如圖 3-2。圖3-2 :超聲波測距單片機(jī)系統(tǒng)2.2超聲波發(fā)射、接受電路超聲波發(fā)射如圖3-3，接收電路如圖3-4。超聲波發(fā)射電路由電阻74ALO4 555電路及超聲波發(fā)送頭T40構(gòu)成接收電路。由555發(fā)射出波形，再由555外圍 的電路經(jīng)過濾波、調(diào)整，形成好看無雜波的波形，再經(jīng)過74AL04反向驅(qū)動放大， 最后由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射出去。接收電路由一

7、級放大100倍，低通濾波，高通濾波，二級放大100倍，經(jīng)過 比較器LM393轉(zhuǎn)換為高低電平，觸發(fā)三極管，啟動中斷計時U1E圖3-3 :超聲波測距發(fā)送單元圖3-4 :超聲波測距接收單元由于反射回來的超聲波信號非常微弱， 所以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接 收電路如圖3-4所示。接收到的信號加TL084的兩級放大器上進(jìn)行放大。每級放 大器的放大倍數(shù)為100倍。放大的信號經(jīng)過高低通兩段濾波，使波形該接收電路 結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。2.3顯示電路本系統(tǒng)采用三位一體LCD顯示所測距離值，如圖3-6。顯示電路采用簡單實(shí)用的LCD1602液晶顯示，輸出端口為單片機(jī)的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片

8、機(jī)的 P3.5、P3.6、P3.7 口。圖3-5 :顯示單元3.1主程序設(shè)計超聲波測距的軟件設(shè)計主要由主程序、 超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序 及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細(xì)計算程序運(yùn)行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化， 設(shè)定時器0為計數(shù)，設(shè)定時器1定時。置 位總中斷允許位EA進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時測距判斷，當(dāng)測距標(biāo)志位ec=1 時，測量一次，程序設(shè)計中，超聲波測距頻度是4-5次/秒。測距間隔中，整個程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn) 生4個頻率為38.46k

9、Hz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完 送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0進(jìn)行計時，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接 傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機(jī)需要延時約1.5 -2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機(jī)P3.2腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測到 P3.2腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時， 立即停止T0計時。由于采用單片機(jī)采用的是12 MHz的晶振，計時器每計一個數(shù) 就是1卩s，當(dāng)超聲波測距子程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（2）計算，即可得被測物體與測距儀之間 的距離。設(shè)計時取 15C

10、 時的聲速為 340 m/s 則有： d=（c X t）/2=172 X T0/10000cm 其中，T0為計數(shù)器T0的計算值。 測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD碼方式送往 LCD顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程3.2程序流程圖:在此條件下在本次實(shí)訓(xùn)在設(shè)計中，力求能達(dá)到最基礎(chǔ)的功能，系統(tǒng)性能的穩(wěn)定, 加強(qiáng)其測距的距離。3.3程序清單:Mai n.c:#include #include Delay.h#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /#define VELOCITY_30C 3495 #d

11、efine Lcd_Port P2 / 定義數(shù)據(jù)端口enum state_alln1,n2,n3 state;uchar aa10=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;long int distance=0;發(fā)射控制端口定義和LCD的連接端口，寫讀寫端口使能端口讀忙端口sbit Output=P1A0;/sbit Lcd_RS=P3A5;/數(shù)據(jù)指令端口 2.6sbit Lcd_RW=P3A6;/2.5sbit Lcd_E=P3A7;/2.4sbit Lcd_Busy = P2A7;/bit flag;/ 發(fā)射超聲波void Trig_SuperSonic(void) Output=1;TR

12、0=1;Delayus (45);Output=0;/Delayus(5);EX0=1;/ 距離轉(zhuǎn)換函數(shù)void Measure_Distance(void)long int l;long int h,y;l=TL0;h=TH0;y=(h8)+l;TL0=0x00;TH0=0x00;Delayus(20);/distance=(int)(y*17/100); /mm310distance=(int)(y*340*80/200000); /mmy*340*100/200000 測 80cm,200cm校準(zhǔn)/ 外部中斷void Ext0(void) interrupt 0TR0=0;EX0=0;/

13、flag=1;/Output=0;/ 定時器初始化函數(shù)void Init_MCU(void)TMOD=0x01; / 定時器 0初始化,設(shè)置為 16位自動重裝模式 TL0=0x00;TH0=0x00; /1ms 定時ET0=1; / 開定時器 0EA =1; / 總中斷使能 /TF0=1;IT0=0; / 初始化清零void Init_Parameter(void)TL0=0x00;TH0=0x00;EX0=0;/ 讀忙信號判斷void Read_Busy(void)uchar k=255;Lcd_Port=0xff;Lcd_RS=0;Lcd_RW=1;Lcd_E=1;while(k-)&(L

14、cd_Busy);Lcd_E = 0;/ 寫指令函數(shù)void Write_Comm(uint lcdcomm)Read_Busy( );/先讀忙Lcd_RS = 0;/端口定義為寫指令Lcd_RW = 0;/端口寫入使能Lcd_E = 1;/端口輸入總使能Lcd_Port=lcdcomm;/數(shù)據(jù)端送指令Lcd_E = 0;/端口輸入總禁止/ 寫數(shù)據(jù)函數(shù)void Write_Chr(uint lcddata)Read_Busy( );/先讀忙Lcd_RS=1;/端口寫數(shù)據(jù)使能Lcd_RW=0;/端口寫入使能Lcd_E=1;/端口總輸入使能Lcd_Port=lcddata;/數(shù)據(jù)端口送數(shù)據(jù)/Lcd

15、_E=0;/端口總輸入禁止初始化 LCDvoid Init_LCD(void)Delayms(2);/稍微延時，等待LCD進(jìn)入工作狀態(tài)Write_Comm(0x38);/8位 2 行 5*8Write_Comm(0x0c);/顯示開/ 關(guān)，光標(biāo)開閃爍開Write_Comm(0x01);/清顯示W(wǎng)rite_Comm(0x06);/文字不動，光標(biāo)右移Write_Comm(0x02);/光標(biāo)歸位void Timer0 (void) interrupt 1 using 1 TR0=0;/EX0=0;/set=1;TH0=0X00;TL0=0X00;void main(void)Delayms(10);

16、Init_MCU();/ 定時器初始化 Init_LCD();/lcd 初始化 distance=0;Write_Comm(0x80); /確定顯示位置， 第 1 行第 3 列Write_Chr(aadistance/1000); / mWrite_Chr(.);Write_Chr(aadistance/100%10);/dmWrite_Chr(aadistance%100/10);/cmWrite_Chr(aadistance%10);/mmWrite_Chr(m);state=n1;while(1)Write_Comm(0x80);/確定顯示位置，第1 行第 3 列Write_Chr(0);Write_Chr(aadistance/1000);Write_Chr(.);Write_Chr(aadistance/100%10);Write_Chr(aadistance%100/10);Write_Chr(aadistance%10);Write_Chr(m);Delayms(100); /LCD100 90刷新時間switch (state)case n1: / 等待狀態(tài)Init_Parameter(); / 清零 state=n2;break;case n2:Trig_SuperSonic();state=n3;