淺談超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)

1、淺談超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)淺談超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)論文聯(lián)盟1超聲波測(cè)距原理基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)框圖如圖1-1所示,超聲波測(cè)距原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收。論文聯(lián)盟圖1-1基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)框圖這樣只要計(jì)算出發(fā)出信號(hào)到接收返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的間隔 。間隔 計(jì)算公式：d=s/2=t/2d為被測(cè)物與測(cè)距儀的間隔 s為聲波的來回路程為聲速t為聲波來回所用時(shí)間超聲波是指頻率高于20kHz的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，完成這

2、種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭，超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波互相轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波，而在收回波的時(shí)候，那么將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲波測(cè)距的原理一般一般采用渡越時(shí)間法TFtiefflight。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的間隔 ，測(cè)量間隔 的方法有很多種，短間隔 的可以泳尺，遠(yuǎn)間隔 的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)間隔 測(cè)量，因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的

3、傳播速度為331.45/s。單片機(jī)使用12Hz晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以到達(dá)毫米級(jí)。2硬件局部2.1AT89S52單片機(jī)的性能和特點(diǎn)AT89S52是一種低功耗、高性能S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)8051產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有乖巧的8位PU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈敏、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RA，32位I/口線，看門狗定時(shí)器，

4、2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電形式。空閑形式下，PU停頓工作，允許RA、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RA內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashAT89S52P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫1時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種形式下

5、，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。此外，P1.0和P1.1分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入P1.0/T2和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2EX，詳細(xì)如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.0T2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部

6、計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制P1.5SI在系統(tǒng)編程用P1.6IS在系統(tǒng)編程用P1.7SK在系統(tǒng)編程用P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行VXDPTR時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址如VXRI訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容

7、。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流IIL。P3口亦作為AT89S52特殊功能第二功能使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳第二功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2INT外中斷0P3.3INT1外中斷1P3.4T定時(shí)/計(jì)數(shù)器0P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1P3.6R外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7R

8、D外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PRG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PRG。如有必要，可通過對(duì)特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可制止ALE操作。該位置位后，只有一條VX

9、和V指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE制止位無效。PSEN程序儲(chǔ)存允許PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪問允許，欲使PU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器地址為0000H-FFFFH，EA端必須保持低電平接地。需注意的是：假如加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平接V端，PU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源V

10、pp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。使用prtel繪制出來的單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理圖截圖，如圖2-12.2超聲波發(fā)射電路壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能：利用壓電晶體諧振工作。內(nèi)部構(gòu)造上圖所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一超聲波發(fā)生器;如沒加電壓，當(dāng)共振板承受到超聲波時(shí)，將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波承受轉(zhuǎn)換器。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與承受轉(zhuǎn)換器其構(gòu)造稍有不同。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)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，假如兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射采用推挽形式將P1.0端口發(fā)出的方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端以進(jìn)步超聲波發(fā)射的強(qiáng)度。發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，用單片機(jī)P1.0端口輸出40KHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極論文聯(lián)盟3結(jié)論：本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89S5