超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書目錄1緒論................................................................31.1課題研究背景...................................................31.2課題設(shè)計目的及意義.............................................31.3課題設(shè)計任務(wù)與要求.............................................32方案選擇的論證和選擇.................................................52.1設(shè)計方案一....................................................52.2設(shè)計方案二....................................................52.3方案設(shè)計三....................................................63設(shè)計原理..............................................................74硬件設(shè)計..............................................................84.1整體電路設(shè)計...................................................84.2超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計..............................................94.2.1超聲波發(fā)射器的注意事項...................................94.2.2超聲波發(fā)射與接收裝置....................................104.3顯示電路設(shè)計..................................................114.4穩(wěn)壓電源設(shè)計..................................................124.5硬件電路設(shè)計優(yōu)化...............................................134.5.1提高測距的范圍..........................................134.5.2發(fā)射探頭和接收探頭間的影響..............................134.5.3超聲波的衰減............................................144.5.4系統(tǒng)干擾因素............................................145軟件設(shè)計流程圖.....................................................175.1主流程圖.....................................................175.2溫度讀取程序.................................................175.3LCD顯示程序..................................................185.4外中斷服務(wù)程序...............................................195.5超聲波發(fā)射接收程序...........................................1915.6鍵掃子程序...................................................206設(shè)計心得.............................................................21參考文獻...........................................................22附錄..................................................................23程序清單..........................................................2321緒論1.1課題研究背景超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。近年來，隨睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。1.2課題設(shè)計目的及意義升后，對一些精密設(shè)備的測量也將起到良好的效果。1.3課題設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一超聲波測距儀，任務(wù)：1）了解超聲波測距原理。2）根據(jù)超聲波測距原理，設(shè)計超聲波測距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。設(shè)計一超聲波測距儀，要求：1）設(shè)計出超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。2）對設(shè)計的電路進行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從3而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。對設(shè)計的電路進行分析。以數(shù)字的形式顯示測量距離。4/2………2.1DCT圖2-1采用單片機來控制的超聲波測距儀5點是方案中需要一塊FPGA,一塊雙口RAM,還需要一塊用來存儲波形數(shù)據(jù)的EEPROM，那么設(shè)計的成本較高。同時在FPGA中還要用硬件描述語言(VHDL語言EPM7128SLC84-15在軟件實現(xiàn)起來編程也復(fù)雜。2.3方案設(shè)計三用的濾波器通帶可變，實現(xiàn)很困難。它的原理如圖2-2所示：in環(huán)路濾波器壓控振蕩器LFR分頻晶振VCOfv可變分頻器N圖2-2超聲波原理圖綜上所述，因此選擇第一種設(shè)計方案。6反射波就立即停止計時。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)射點距障礙物的距離，即：/2D7圖4-2超聲波發(fā)送原理圖4.2.1超聲波發(fā)射器的注意事項9tScos2采用HC-SR04超聲波收發(fā)模塊，它可提供2cm--400cm的非接觸式距離感測度的圖4-4HC-SR04電氣參數(shù)4.3顯示電路設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管的顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I／O電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時,再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法較為簡單與便利?？梢蕴峁﹩为氭i存的／O接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器74LS164，擴展并行的／O口。需要幾個數(shù)碼管就擴展幾個并行接口，數(shù)碼管直接接在74LS164的輸出腳上，單片機通過串口將要顯示數(shù)據(jù)的字形碼逐一的串行移出至74LS164的輸出腳上數(shù)碼管就可以顯示相應(yīng)的數(shù)字。在顯示電路的設(shè)計上，利用單片機的P0～P2口來控制數(shù)碼管顯示，這種接電平發(fā)亮。顯示及其驅(qū)動電路的原理圖見圖4-5。11圖4-5數(shù)碼管顯示電路圖4-6穩(wěn)壓電源(4-1)(4-2)13樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm左右的“盲區(qū)”。超聲波的衰減4.5.3叫超聲波的衰減。引起超聲波衰減的主要原因有：（1:超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴散能量逐漸分散，從而至聲源的距離的增加而減弱。（2）散射衰減:當(dāng)聲波要傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質(zhì)所組成的界面復(fù)雜的路徑傳播下去，最終變?yōu)闊崮?。?）粘滯衰減:聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的粘滯性造成近質(zhì)點之間的內(nèi)摩分之間進行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。料在同樣的儀器靈敏度下，觀察它們的底面反射波的次數(shù)，底波次數(shù)多的材料，上定量計算的表示方法，即用衰減系數(shù)來表示聲波的衰減。系統(tǒng)干擾因素4.5.4測量裝置的干擾來自多方面。機械振動或沖擊會對傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾;光線對測量裝置中的半導(dǎo)體器件會產(chǎn)生干擾;溫度的變化會導(dǎo)致電路參數(shù)的變:4-8：14電電信磁干源干道干擾擾擾單片機測量圖4-8產(chǎn)生誤差的途徑（1）電磁干擾中，通道中各元器件產(chǎn)生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。ZZZ（2）電源干擾發(fā)電機、電動機、大功率繼電器、電臺等的感應(yīng)引起，其強度遠小于電源接地系統(tǒng)和U0系統(tǒng)的干擾，這種干擾可采用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以抑制。因此，在微機系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)與v0通道的干擾是問題的主要方面。（3）供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾之為尖峰電壓。它會影響測量裝置的正常工作。（4）電網(wǎng)電源噪聲把供電電壓跳變的持續(xù)時間At>lslms<At<ls如電機在開關(guān)機時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。供電電壓跳變時間的持續(xù)時間At<lms的被稱為尖峰噪聲。（5）供電系統(tǒng)的抗干擾15供電系統(tǒng)常采用下列幾種抗干擾措施:①交流穩(wěn)壓器。它可消除過壓、欠壓所造的影響，保證供電的穩(wěn)定。②隔離穩(wěn)壓器。由于浪涌和尖峰噪聲主要成份是高頻分量，它們不通過變用屏蔽層隔離，減少級間禍合電容，從而減少高頻噪聲的竄入。③50Hz50HZ市電基波，則通過整流濾波后也能夠完全濾除。④獨立功能塊單獨供電。在電路設(shè)計時，有意識地把各種不同功能塊的電耦合所造成的干擾.在本系統(tǒng)中就采用了這種電源的配置。接地系統(tǒng)的設(shè)計測量的多點相也會產(chǎn)生環(huán)電流.環(huán)路電流會與其它電路產(chǎn)生禍合。所以，認(rèn)真設(shè)計地線和接地點對于系統(tǒng)的穩(wěn)定是十分重要的。165超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、溫度讀取程序、LCD顯示程序、外中斷服務(wù)程序、超聲波發(fā)射接收程序、鍵掃子程序組成。我們在這里采用C語言進行編程。5.1主流程圖溫度輸入手動控制實時控制NONONOYesYes圖5.1主流程圖5.2溫度讀取程序17命令圖5.2溫度檢測程序5.3LCD顯示程序18開始初始化寫數(shù)據(jù)函數(shù)延時圖5.3LCD顯示流程圖5.4外中斷服務(wù)程序關(guān)定時器關(guān)中斷讀取時間返回圖5.4外中斷服務(wù)程序5.5超聲波發(fā)射接收程序19定時器發(fā)射超聲波停止發(fā)返回圖5.5超聲波發(fā)射程序5.6鍵掃子程序是否有鍵按下NO返回圖5.6鍵掃子程序206量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。射。電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用AT89C51或其兼容系列。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。單片機控制HC-SR04超聲波發(fā)射與接收模塊進行信號的發(fā)射與接收。顯示電路采用LC1602液晶管進行數(shù)字顯示。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。21參考文獻[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2004.6.[2]康華光.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2004.1.[3]張培仁.基于C語言編程的MCS-52單片機原理與應(yīng)用.社,2003.4.[4]2001.7.[5]瞿金輝,周蓉生.超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國儀器儀表,2007.8.[6]袁佑新,吳妍,,等.可視汽車倒車?yán)走_預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息，2006.10.[7]華兵.MCS-51單片機原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002.5[8]李華.MCU-51系列單片機實用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.6[9]陳光東.單片機微型計算機原理與接口技術(shù)第二版社，1999.422程序清單#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlonguintc=340;//定義10度時聲音的速度//ulongl,time;charii=1,k=80,aa;chart,ts,tg,lb,ls,lg,lsf,fh,cb,cs,cg;sbitRW=P2^1;//定義LCD讀/寫選//定義LCD數(shù)據(jù)/命令選//定義LCD使擇端//sbitRS=P2^0;擇端//sbitE=P2^2;能端//sbitk3=P1^2;sbitk4=P1^3;sbitsg=P3^7;//定義超聲波射引//定義超聲波控制腳//sbitctl=P3^5;引腳//uchartplsb,tpmsb;//溫度值低位、高位字//DS18B20數(shù)據(jù)通節(jié)//sbitDQ=P3^6;信線//23ulongtp,sw,gw,sfw,bfw,tppp;uchar*p;voiddelay(uinti)//延時程序//{while(i--);}//*******產(chǎn)生復(fù)位脈沖初始化DS18B20*******//voidTxreset(){DQ=0;delay(100);//拉低約900US//DQ=1;//產(chǎn)生上升沿//delay(4);}//*******等待應(yīng)答脈沖*******//voidRxwait(){while(DQ);while(DQ==0);//檢測到應(yīng)答脈沖//delay(4);}//*******讀取數(shù)據(jù)的一位，滿足讀時隙要求*******//bitRdbit(){uinti;bitb;DQ=0;i++;//保持至少241US//DQ=1;i++;i++;//延時節(jié)15US以上，讀時隙下降后15USDS18B20輸出數(shù)據(jù)才有效//b=DQ;i=8;while(i>0)i--;return(b);//讀時隙不低于60US//}//*******讀取數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)*******//ucharRdbyte(){uchari,j,b;b=0;for(i=1;i<=8;i++){j=Rdbit();b=(j<<7)|(b>>1);}return(b);}//*******寫數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)，滿足寫1和寫0的時隙要求*****//voidWrbyte(ucharb){uinti;ucharj;bitbtmp;for(j=1;j<=8;j++){btmp=b&0x01;b=b>>1;//取下一位（由低位向高位）//if(btmp){DQ=0;i++;25i++;//15US以內(nèi)拉//整個寫1時隙不低于高//DQ=1;i=8;while(i>0)i--;60US//DQ=1;i++;i++;}else{DQ=0;i=9;while(i>0)i--;//保持低在60至120US之間//DQ=1;i++;i++;}}}//啟動溫度變換//voidconvert(){Txreset();//產(chǎn)生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20//Rxwait();//等待DS18B20給出的應(yīng)答脈沖//Wrbyte(0xcc);Wrbyte(0x44);//skiprom//convertT命令//命令//}26//溫度讀取值//voidRdtemp(){Txreset();//產(chǎn)生復(fù)位脈沖，初始化DS18B20//Rxwait();//等待DS18B20給出的應(yīng)答脈//skiprom沖//Wrbyte(0xcc);Wrbyte(0xbe);tplsb=Rdbyte();命令//命令////convertT//溫度值低位字節(jié)//tpmsb=Rdbyte();}//溫度高位字節(jié)//date(){tp=tpmsb*256+tplsb;sw=tp*625/100000;//讀取溫度十//讀取溫度個位//位//位//位//gw=tp*625%100000/10000;sfw=tp*625%100000%10000/1000;bfw=tp*625%100000%10000%1000/100;//讀取溫度十分//讀取溫度百分tppp=sw*10+gw;}vmain(){delay(100);//延時27程序//轉(zhuǎn)換//convert();//啟動溫度//讀取delay(100);Rdtemp();溫度//delay(100);date();}//************液晶顯示***************//voidwritercom(ucharq)//寫命令//{E=1;RS=0;RW=0;P0=q;E=0;delay(20);}voidwriterdata(ucharo)//寫數(shù)據(jù)//{E=1;RS=1;RW=0;P0=o;E=0;delay(20);}voidwriter_d(uchar*u)//寫數(shù)據(jù)串//{while(*u)28writerdata(*u++);}voidxsinit(void){writercom(0x01);writercom(0x38);//使用8位數(shù)據(jù)，顯示兩行，使用5*7的字型//writercom(0x0c);writercom(0x06);}////光標(biāo)從左往右移，內(nèi)容瑣//不移//voidinptt(){while(1){vmain();writercom(0x80);writer_d("TadayTp:");writerdata(sw+0x30);//LCD顯示溫度//LCD顯示溫度十位//writerdata(gw+0x30);writerdata('.');別個位//數(shù)點//分位//分位////LCD顯示溫度十小//LCD顯示溫度十//LCD顯示溫度百writerdata(sfw+0x30);writerdata(bfw+0x30);writerdata(0xdf);writer_d("C");writercom(0xc0);writer_d("PleasepressK4");if(k4==0)break;}29}//**********超聲波發(fā)射程序************//voidsen(){uchartimes=0;TMOD=0x12;IE=0x84;定時器1工作在定時方式1，定時器0工作在定時方式2////中斷設(shè)置//TH0=244;TL0=244;TR0=1;TR1=1;//開定時器//while(1){while(TF0==0);sg=~sg;times++;TF0=0;if(times==20)break;}//翻轉(zhuǎn)2010個脈沖信號的超聲波//TR0=0;times=0;}//**********外中斷服務(wù)程序************//rec()interrupt2using2//接收中斷程序//{TR1=0;//關(guān)計數(shù)器//ctl=0;time=TH1*256+TL1;//算出t的值，t的單位為us//l=time*c/2;30TH1=0;TL1=0;}//************數(shù)據(jù)處理，顯示結(jié)果***************//voiddataxs(){if(tppp>=10)c=338+(tppp-10)*0.6;elsec=338+(10-tppp)*0.6;cb=c/100;//聲音速度的百//聲音速度的//聲音速度的//距離的位//cs=c%100/10;十位//個位//個位//分位//分位//cg=c%100%10;lb=l/1000000;ls=l%1000000/100000;lg=l%1000000%100000/10000;//距離的十//距離的百/******LCD顯示********/writercom(0x80);if(l<=100000)writer_d("toonear!elseif(l>=6000000)writer_d("toolong!else{writer_d("L=");");");writerdata(lb+0x30);//LCD顯示距離的個位//writerdata('.');writerdata(ls+0x30);//L