課程設(shè)計任務(wù)書超聲波測距

1、上海電機(jī)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱傳感器原理及應(yīng)用課程代碼013096B1課程設(shè)計課題基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計時間2014年12月8日2014年12月12日一、課程設(shè)計任務(wù)1.了解超聲波測距原理,查尋相關(guān)資料。 2.根據(jù)超聲波測距原理，基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。功能要求： (1)設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，并進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。(2)測量距離的范圍是2cm400cm精度為±1cm。(3)能夠通過數(shù)碼管顯示所測的距離。3.基于AT89C51單片機(jī)進(jìn)行軟件編程，用PROTUES進(jìn)行仿真。二、對實

2、訓(xùn)/課程設(shè)計成果的要求課程設(shè)計成果及報告要求：1、題目； 2、設(shè)計要求；3、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案（分析及原理闡述）；4、控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計（圖應(yīng)包括硬件系統(tǒng)原理框圖、硬件系統(tǒng)原理接線圖）；繪圖用protel軟件；5、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計（圖應(yīng)包括軟件設(shè)計主程序流程圖、子程序流程序、中斷程序流程圖等，包括程序清單）；6、調(diào)試，完成硬件接線調(diào)試及軟件程序調(diào)試，可以用實驗箱、電路板搭建硬件電路，仿真用proteus；7、小結(jié)（對本課題進(jìn)行總結(jié)，比如特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)等）；8、心得體會9、參考文獻(xiàn)三、實訓(xùn)/課程設(shè)計工作進(jìn)度計劃：第一 第一天：安排課題，查找資料，確定控制要求和控制方案； 第二 第二天：硬

3、件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計；第三 第三天：檢查硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計；調(diào)試情況第四天：檢查系統(tǒng)設(shè)計及完成情況；撰寫課程設(shè)計報告；驗收調(diào)試結(jié)果；第五天：答辯；交課程設(shè)計報告。四、主要參考資料：1.劉鳳然.基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)J.傳感器世界.2001.52.葛健強(qiáng).基于CPLD的超聲波測距儀研制N. 無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2004.43.何希才,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實例M.機(jī)械工業(yè)出版社.20044 李光弟，朱月華，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2007.65.吳斌方,劉民,熊海斌.超聲波測距傳感器的研制M.湖北工學(xué)院學(xué)報.20046.譚洪濤,張學(xué)平.

4、單片機(jī)設(shè)計測距儀原理及其簡單應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù).20047.蘇煒,龔壁建,潘笑.超聲波測距誤差分析J.傳感器技術(shù).20048.羅忠輝,黃世慶.提高超聲測距精度的方法J. 機(jī)械設(shè)計與制造.20059.秦旭.用LM92溫度傳感器補(bǔ)償?shù)母呔瘸暡y距儀J.電子產(chǎn)品世界.20031 題目：基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計2 設(shè)計要求 根據(jù)超聲波測距原理，基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。功能要求： (1)設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，并進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。 (2)測量距離的范圍是2cm400cm精度為±1cm。(3)

5、能夠通過數(shù)碼管顯示所測的距離。3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案1. 功能模塊圖AT89C51超聲波測距模塊顯示模塊復(fù)位電路2.測距原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t，然后求出距離式中的c為超聲波在空氣中傳播的速度。3.測距設(shè)計基于單片機(jī)的超聲波測距設(shè)計，是利用單片機(jī)發(fā)出一個20um周期為65.536ms的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)框圖4.

6、總體設(shè)計方案圖3-2 時序圖以上時序圖表明你只需提供一個10us以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將產(chǎn)生出8個40KHz周期電平并檢測回波。一但檢測大有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。有此種方式通過發(fā)射喜好到收到信號的時間間隔通過計算公式可以計算出距離。 5.超聲波模塊的選用根據(jù)測距需求，選用HR-SR04超聲波測距模塊。HR-SR04可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達(dá)3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。電氣圖：4 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計4.1 AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一個低功耗高性能單片機(jī)，40個引腳，32個外

7、部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其管腳圖如圖4-1所示。4.2 復(fù)位電路單片機(jī)AT89S51作為主控芯片，控制整個電路的運(yùn)行。單片機(jī)外圍需要一個復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。復(fù)位電路的設(shè)計圖如圖4-2示： 圖4-2復(fù)位電路4.3 發(fā)射電路的設(shè)計由單片機(jī)產(chǎn)生的40kHz的方波需要進(jìn)行放大，才能驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)射

8、超聲波，發(fā)射驅(qū)動電路其實就是一個信號放大電路，本課題所選用的是74HC04集成芯片，圖4-3為發(fā)射電路圖.圖4-3 發(fā)射電路74HC04內(nèi)部集成了六個反向器（輸入與輸出相位相反的電子電路），即1A輸入高電平，1Y輸出高電平同時具有放大的功能。74HC04管腳圖4.4 接收電路的設(shè)計使用CX20106A集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。電路如下圖4-4所示。 圖4-4 接收電路4.5 顯示模塊的設(shè)計 顯示模塊采用四位八段數(shù)碼管 圖4-5 四位八段共陰LED數(shù)碼顯示管原理和結(jié)構(gòu)5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計單片機(jī)編程產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，使超聲波發(fā)射模塊工作，的同時利用定時器的

9、計數(shù)功能開始計時，當(dāng)超聲波接收模塊接收到回波后，接收電路輸出端產(chǎn)生的負(fù)跳變在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個中斷請求信號，響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，停止計時，讀取時間差，計算距離，然后通過軟件譯碼，將數(shù)據(jù)輸出P0口顯示。程序流程圖如圖5-1，(a)為主程序流程圖，(b)為定時中斷子程序流程圖，(c)為外部中斷子程序流程圖。5.1信號的發(fā)生和接收超聲波信號的發(fā)生需要一個20us的觸發(fā)信號，接收信號需要通過外部中斷來實現(xiàn)，同時用定時器進(jìn)行定時計數(shù)，這個過程需要循環(huán)，以下為循環(huán)程序部分。while(1) /程序循環(huán) Trig=1; delay_20us(); Trig=0; /產(chǎn)生一

10、個20us的脈沖，在Trig引腳 while(Echo=0); /等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0; /清測量成功標(biāo)志 EX0=1; /打開外部中斷 TH1=0; /定時器1清零 TL1=0; /定時器1清零 TF1=0; / TR1=1; /啟動定時器1 EA=1; while(TH1 < 30);/等待測量的結(jié)果，周期65.535毫秒（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0; /關(guān)閉定時器1 EX0=0; /關(guān)閉外部中斷 5.2 計算 void conversion(uint temp_data) uchar ge_data,shi_data,bai_data,qian

11、_data;qian_data=temp_data/1000; bai_data=temp_data/100 ; temp_data=temp_data%100; /取余運(yùn)算 shi_data=temp_data/10 ; temp_data=temp_data%10; /取余運(yùn)算 ge_data=temp_data;qian_data=SEG7qian_data; bai_data=SEG7bai_data; shi_data=SEG7shi_data; ge_data =SEG7ge_data; EA=0;qian=qian_data; bai = bai_data; shi = shi_

12、data; ge = ge_data ; EA=1; 6 調(diào)試仿真軟件程序編寫完成后，用Protues軟件繪制電路圖，寫入程序進(jìn)行調(diào)試。1. 放射方波前，處于靜止?fàn)顟B(tài)2. 放射方波后，動態(tài)顯示7 小結(jié)本課題介紹了一種基于單片機(jī)的超聲波測距設(shè)計的原理和設(shè)計。給出了硬件和軟件的設(shè)計方案。超聲波傳感器是本設(shè)計的核心器件，本論文詳細(xì)地介紹了超聲波傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、檢測方式以及它的一些特性。本設(shè)計的發(fā)射電路采用74HC04六反向器，通過它對單片機(jī)產(chǎn)生的方波信號進(jìn)行放大，以驅(qū)動傳感器工作。接收電路采用的是LM741，通過接收電路對接收到的信號進(jìn)行放大和整形，最終再輸出負(fù)脈沖給單片機(jī)響應(yīng)中斷程序。本系統(tǒng)的

13、LED顯示部分采用的是靜態(tài)掃描方式，并用單片機(jī)軟件譯碼。單片機(jī)內(nèi)部采用C語言編程，方波信號的產(chǎn)生、時間差的讀取、距離的計算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。 本課題所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。測距范圍從2cm到400cm，測量精度在±1cm內(nèi)。8 心得體會自己寫自己的+ 測距設(shè)計在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動控制場合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會進(jìn)一步改進(jìn)。9 參考文獻(xiàn)1.劉鳳然.基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)J.傳感器世界.20012.葛健強(qiáng).基于CPLD的超聲波測距儀研制N. 無錫商業(yè)職業(yè)技

14、術(shù)學(xué)院學(xué)報.20043.何希才,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實例M.機(jī)械工業(yè)出版社.20044 李光弟，朱月華，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.20075.吳斌方,劉民,熊海斌.超聲波測距傳感器的研制M.湖北工學(xué)院學(xué)報.20046.譚洪濤,張學(xué)平.單片機(jī)設(shè)計測距儀原理及其簡單應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù).20047.蘇煒,龔壁建,潘笑.超聲波測距誤差分析J.傳感器技術(shù).20048.羅忠輝,黃世慶.提高超聲測距精度的方法J. 機(jī)械設(shè)計與制造.20059.秦旭.用LM92溫度傳感器補(bǔ)償?shù)母呔瘸暡y距儀J.電子產(chǎn)品世界.2003程序不手寫 等改正確直接打印！先把前邊寫好！附錄源程

15、序：#include <reg51.H> sbit k1=P34; sbit csbout=P10; /超聲波發(fā)送 sbit csbint=P32; /超聲波接收 sbit bg=P33; #define LED P0 sbit LED1=P24; /LED控制 sbit LED2=P25; /LED控制 sbit LED3=P26; /LED控制 sbit bj=P20;/報警#define csbc 0.0347 unsigned char cl,mqzd,csbs,csbds,buffer3,xm1,xm2,xm0,jpjs;/顯示標(biāo)識 unsigned char conve

16、rt10=0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09;/09段碼 unsigned int s,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1; void csbcj(); void delay(j); /延時函數(shù) void scanLED(); /顯示函數(shù) void timeToBuffer(); /顯示轉(zhuǎn)換函數(shù) void keyscan(); void k1cl(); void k2cl(); void k3cl(); void k4cl(); void offmsd(); void main() /主函數(shù) EA=1; /開

17、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;/測試報警距離 sj2=200; sj3=580; k4cl(); TR1=1; while(1) keyscan(); if(jpjs<1) csbcj(); /調(diào)用超聲波測距程序 if(s>sj3) /大于時顯示“CCC” buffer2=0xC6; buffer1=0xC6

18、; buffer0=0xC6; else if(s<sj1) /小于時顯示“- - -” buffer2=0xBF; buffer1=0xBF; buffer0=0xBF; else timeToBuffer(); else timeToBuffer(); /將值轉(zhuǎn)換成LED段碼 offmsd(); scanLED(); /顯示函數(shù) if(s<sj1) bg=0; bg=1; void scanLED() /顯示功能模塊 LED=buffer0; LED3=0; delay(200); LED3=1; LED=buffer1; LED2=0; delay(200); LED2=1;

19、 LED=buffer2; LED1=0; delay(200); LED1=1; void timeToBuffer() /轉(zhuǎn)換段碼功能模塊 xm0=s/100; xm1=(s-100*xm0)/10; xm2=s-100*xm0-10*xm1; buffer2=convertxm2; buffer1=convertxm1; buffer0=convertxm0; void delay(i) while(-i); void timer1int (void) interrupt 3 using 2 TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds+; if(csbds>=40) csb

20、ds=0; cl=1; void csbcj() if(cl=1) TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=csbs; while(i-) csbout=!csbout; TR0=1; i=mqs; /盲區(qū) while(i-) i=0; while(csbint) i+; if(i>=4000) /上限值 csbint=0; 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; /if(s<=80)bj=0;if(s>80)bj=1;/ if(s<sj1) if(csbs>6) c