超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、 超聲波測(cè)高儀設(shè)計(jì)實(shí) 訓(xùn) 報(bào) 告 姓 名 學(xué) 號(hào) 院 （系） 專業(yè)、年級(jí) 2014年1月10日 摘 要超聲波指向性強(qiáng),能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn),因此超聲波經(jīng)常用于障礙物的距離測(cè)量。由于超聲波可做到無接觸檢測(cè)距離,這一特性用在人體或其它物體高度的測(cè)量上會(huì)變得非常方便。測(cè)高前先利用超聲波測(cè)出發(fā)射頭與地面的高度h1并存入單片機(jī),然后將被測(cè)物移入測(cè)量區(qū)內(nèi)測(cè)得上表面距離h2,用單片機(jī)算出兩者之差就是被測(cè)物體的實(shí)際高度。本設(shè)計(jì)采用以at89c51單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、中斷程序、發(fā)射子程序、接收子程序、

2、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。一、超聲波測(cè)高原理超聲波是通過不斷檢測(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。利用超聲波測(cè)高前先用超聲波測(cè)出發(fā)射頭與地面的高度h1并存入單片機(jī)，然后將被測(cè)物體移入測(cè)量區(qū)內(nèi)測(cè)得上表面距離h2，用單片機(jī)算出兩者之差就是被測(cè)物體的實(shí)際高度。 超聲波測(cè)高實(shí)現(xiàn)原理二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體電路的控制核心為單片機(jī)at89c51。超聲波發(fā)射和接收電路中都對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行整

3、形及放大，以保證測(cè)量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接out口實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。另外還有溫度測(cè)量電路測(cè)量當(dāng)時(shí)的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量精度能夠達(dá)到要求。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較震蕩電路、單片機(jī)電路、鍵盤輸入電路、電源電路、復(fù)位電路、顯示電路、溫度測(cè)量電路及溫度補(bǔ)償電路等幾部分模塊組成。超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：超聲波接收電路放大電路超聲波發(fā)射電路放大電路比較電路震蕩電路單片機(jī)at89c51鍵盤輸入復(fù)位電路電源電路4位led顯示器r40超聲波傳感器t40超聲波傳感器超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.硬件電路圖本系統(tǒng)

4、的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用at89s52，經(jīng)濟(jì)易用。電路原理圖如下圖所示：三、具體實(shí)現(xiàn)操作1.實(shí)現(xiàn)步驟：（1）40khz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射 （2）超聲波的接收與處理 （3）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間和高度差 （1）40khz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用ucm40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40khz的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面單片機(jī)p1.0端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在p1.0 端口輸出一個(gè)40khz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過三極管t放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭ucm40t，發(fā)出40khz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。

5、 （2）超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的ucm40r，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，經(jīng)運(yùn)算放大器ic1a和ic1b兩極放大后加至ic2。ic2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊lm567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=1/1.1r8c3，電容c9決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)rp1在發(fā)射的載頻上，則lm567輸入信號(hào)大于25mv，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，身高?shù)據(jù)通過8腳送至單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電路的輸出端接單片機(jī)int0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高。（3）計(jì)算超聲波傳播時(shí)間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器t0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反

6、射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在int0端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，利用超聲波測(cè)高前先用超聲波測(cè)出發(fā)射頭與地面的高度h1并存入單片機(jī)，然后將被測(cè)物體移入測(cè)量區(qū)內(nèi)測(cè)得上表面距離h2，用單片機(jī)算出兩者之差就是被測(cè)物體的實(shí)際高度。2.超聲波測(cè)高流程圖： （主程序）測(cè)身高入口定時(shí)中斷子程序有回波嗎？外部中斷子程序返回ny （定時(shí)子程序）定時(shí)中斷入口定時(shí)器初始化發(fā)出超聲波時(shí)間到停止發(fā)射返回（中斷子程序）外部中斷入口關(guān)外部中斷讀取時(shí)間值計(jì)算距離結(jié)果輸出關(guān)外部中斷返回四、主程序org 0300hlimp shg org 0200hlimp ds

7、h org 0100hljmp receive1org 0003hljmp receive0shg： setb p1.3acall dshacall receive1acall display；接收子程序receive1：push psw push acc clr ex0 ；關(guān)外部中斷0return： setb ex0 ；開外部中斷0 pop accpop psw reti 中斷子程序 receive0：push psw push acc clr ex0 ；關(guān)外部中斷0 mov r7, th0 ；讀取時(shí)間值 mov r6, tl0 clr c mov a, r6 subb a, #0bbh ；

8、計(jì)算時(shí)間差 mov 70h, a mov a, r7 subb a, #3ch mov 69h, a ；計(jì)算并存儲(chǔ)結(jié)果setb ex0 ；開外部中斷0 pop acc pop psw reti endsid bit p1.0 ；串行數(shù)據(jù)線sclk bit p1.1 ；串行時(shí)鐘線；內(nèi)存數(shù)據(jù)定義start equ 80h ；起始字節(jié)com equ 81h ；命令/數(shù)據(jù)hdata equ 82h ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)高位ldata equ 83h ；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)低位asc equ 84h ；ascii數(shù)據(jù)單元初始化子程序：inilcm：lcall dl40ms ；延時(shí)等待內(nèi)部復(fù)位mov com，#80

9、h ；使用8位控制界面lcall writemov com，#80h ；使用基本指令集lcall writemov com，#0chlcall write ；整體顯示onmov dl1msmov com，#01h ；清屏lcall writelcall dl40msmov com，#06h ；顯示右移lcall writelcall dl1msret模塊寫入子程序：write：mov a，com ；送待發(fā)數(shù)據(jù)命令amov a，#0f0h ；屏蔽低4位mov hdata，a ；將高4位送hdata單元mov a，com ；取低4位swap a ；高低4位互換mov a，#0f0hmov ldata，a ；將低4位送ldata單元mov a，start ；取起始字節(jié)lcall sendbyte ；發(fā)送lcall dl1ms ;延時(shí)1msmov a，hdatalcall sendbytelcall dl1msmo