超聲波測距模塊設計

統(tǒng)是一種基于AT89C51單片機的超聲波測距系統(tǒng),它根據(jù)超聲波在空氣中傳播的反射原理,以超聲波傳感器為接口部件,應用單片機技術和超聲波在空氣中的時51I/O口，使超聲波傳感比較調(diào)試后確定其對應的距離，完成測距。可實現(xiàn)3米內(nèi)測距，盲區(qū)7厘米，具有LCD顯示功能。DesignofUltrasonicDistanceAbstract:Theultrasonicrangingapplicationisextremelywidespread.Afterthefeasibilityandreliabilityhasbeenanalysised,thestructuredesigntechniquewasestablished.ThisarticleintroducesanultrasonicdistancemeasurementbasedontheAT89C51single-chipcomputer,thesystemaccordingtoultrasoundintheairreflectionprinciplesofthedissemination.Anditusestheultrasoundsensorasinterfacecomponentsfortheapplicationofthedistancemeasurebasedbysingle-chipcomputertechnologyandthemarginoftimethatultrasoundtransmitinair,therebythesystemsofdesignofultrasonictestcomesintobeing.Thesystemprimarilycomposedbythefourmodules:thecontrollermodule,ultrasoniclaunchmodule,ultrasoundreceivingmoduleanddisplaymodular.TheI/Oportsofthe51single-chipcomputerwereusedtocausetheultrasonictransducertosendoutthe40kHzultrasonicwave.Thereflectedsignalenterthe51aftertheenlargementandfeedbackcircuit,andthesystemwillcompletetherangefinderbydebuggingthecorrespondingdistance.Thisdesigncanrealize3metersinrangefinders,withthe7centimetersblindspot,ThesystemhavetheLCDdemonstration.Keywords:ultrasonic,ultrasonicsensor,AT89C51single-chipcomputer,LCDdisplay rangefinder 第1 課題背 論文研究內(nèi) 研究內(nèi) 各章節(jié)主要內(nèi) 第2 系統(tǒng)的總體方案設 超聲測距理論基 超聲波介 超聲波傳感 傳感器的指向角 測量盲 超聲波測距原 超聲測距系統(tǒng)組 系統(tǒng)的收發(fā)過 方案比 超聲波頻率及探頭的選 發(fā)射模 接收模 溫度補 顯示模 電源模 通信接口選 系統(tǒng)的總體構 本章小 第3章系統(tǒng)硬件設 系統(tǒng)工作的過 主控制電 AT89C51單片 時鐘振蕩 復位電 串行通信接 RS-232電氣特 RS-232連接器機械特 數(shù)據(jù)發(fā)送電 發(fā)射電路設 555振蕩 共射極放大電 接收電路設 CX20106工作原理分 電源電路設 LCD顯示電 LCD接口協(xié) 溫度測 本章小 第4章系統(tǒng)程序設 軟件功能模塊的劃 主程序的分析設 外部中斷程 T0中斷子程 溫度校 本章小 第5章調(diào)試過 調(diào)試環(huán) LCD程序調(diào)試過 發(fā)送40kHZ脈沖信號子程序調(diào) 溫度傳感器的調(diào) 實驗結 本章小 參考文 附錄1超聲測距源程 附錄2超聲測距原理 附錄3硬件實物 第1章 40周年大會的賀信中就說過：“測，我們就不可能享有目前在這些領域和其他領域的領先地位。”無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專業(yè)可以發(fā)展的最大動力。超聲技術就是法，稱為超聲波測距?？上攵膽?，必將在未來展現(xiàn)出奪目的光輝。CTS-10型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約UCT-2，CTS-10型儀器。1976年，國家技術列為重點攻關項目，組織全國6個單位協(xié)作攻關。從此，超聲波檢測技術開始N2701型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組重的PUNDIT便攜式超聲儀。197810月，中國建筑科學院研制出JC-2型便攜TTL5kg。同期研制出2000A型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了微波雷達測距、激光測距及超聲波測距。前2種方聲波的速度為聲速）并處理成相應的距離，然后再通過LCD顯示距離。51單片機作2時測距儀不能與被測物體直接接觸，以及用LCD顯示結果等要求。這一章主要介紹為340m／s，其速度相對電磁波是非常慢的。超聲波在相同的傳播媒體里(大氣條件)A=A(X)cos(t+ (2-A(X)=Ae (2-0數(shù)，為波長，為衰減系數(shù)。衰減系數(shù)與聲波所在介質(zhì)及頻率的關系為=af (2-率f=40kHz(超聲波)代入式(2-3)可得:=3．2×104cm1，即1／=31m；若f=30kHz，則1／=56m。它的物理意義是：聲波在空氣媒質(zhì)里傳播，因空氣分子運動摩擦等原因，能量被吸收損耗。在(1／)長度上，平面聲波的振幅衰減為原來的e分之一，由超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥?-1ABA片的電場方向與圖2-2雙 圖(2)sin(2) （2-反比

用國產(chǎn)現(xiàn)有壓電傳感器片最大半徑r=6.3mm，故2

2r)=75oVM；另外，接收探頭上接收到的各種反射信號卻遠比發(fā)射信號小，即使在離探頭較到規(guī)定閾值VM，亦即接收信號的幅值必須大于這一閾值才能使接收放大器由輸入信 LVT 式中，L為測距誤差，V為聲速，T為時間測量誤差，V為聲速誤差。若要求測誤差小于0．0lm，已知聲速V=344m／s(200C時)，忽略聲速誤差，那么測量時間的TL/V0.01/344 LS LS

2-32-3中可以看出，由于本設計采用收發(fā)分體換能器，發(fā)射換能器和接收換能的公式計算出L，測出距離[7]。 主控制器 主控制器pc表2-1TF1類型：T--F--U--K--寬帶型使用方法：F--S--接收個驅(qū)動電流為100mA以上的驅(qū)動電路。NE567對放大后的信號進行頻率監(jiān)視和控制。一旦探頭接到回波，若接收到的信號頻率等于振蕩器的固有頻率（此頻率主要由RC值決38kHz40kHz超聲波接近，當它（LM324 （2-V331.4 （2-DS18B20測溫專用芯片來測定。得到的數(shù)據(jù)送到串行溫度－聲速二維表(如圖2-5)，將之固化到系統(tǒng)程序中，然后直接使用查表法得到聲

0方案一:采用LED數(shù)碼管顯示.其優(yōu)點在于它能在低電壓,小電流的條件下發(fā)光,方案一:采用電池(1.5V×3)。這樣供電很簡單,而且組成系統(tǒng)時,占用的空間小;但方案二78L05構成的電源。提供+5V電壓。這種電源與USB接口，SPI、UARTUART的調(diào)試是比較方便的，難度周期和開發(fā)難度，還有不需要外加額外太多的器件，故采用RS232串行接口傳輸數(shù)離和速率在標準中被限定為15米和19200bit/s。2-6AT89C51555振DS18B20溫度傳感器對環(huán)電電障礙物91555器pcpc

3本文設計的超聲波測距儀是一款非接觸的測量儀器。它的工作原理是:55540kHz的超聲波信號，超聲波傳感器的工作狀態(tài)由三極管工作情圖3-1要占用比較多的I/O口和需要處理較復雜的數(shù)學計算對單片機的運行速度的有較高的要求，本系統(tǒng)選用了AT89C51單片機作為主控器件[8]。AT89C51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）CMOS8位微處理MCS-518CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMELAT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)單片機外接石英晶體（或陶瓷諧振器）C1、C2接在放大器（AT89C51中使用30pF±10pF。圖3-2離和速率在標準中被限定為15米和19200bit/s。TXDRXD平高于-15V低于-3V3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3~+3V之間和低于-15V或高于+15V的電壓無意義，因此，在實際工作時，應保證電平在（3~5）V范圍之間。RS-232TTL電平的轉(zhuǎn)換：前者用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與后者以高TTL器件相連，DB-9連接器。接器。它只提供異步通信的9個信號。（<12m（MODEM9針串口（DB-1234567890.1u外接電容即可完成TTL電平與EIA電平之間的相互轉(zhuǎn)換。在換能器系統(tǒng)中,發(fā)射部分的共振頻率要與接收部分反共振頻率相匹配[1]。3-43-5Vc 為“0”T導通，C7R10T1/3VCC時正相比較器翻3-2簡潔表示，經(jīng)分析表明：電容C7的放電時間t1和充電時間t2可分別表示為：t1R10Cln(2)0.7R10C t2(R10R9)Cln(2)0.7(R9R10)

0XX低1>2/3>1/3低1<2/3>1/31<2/3<1/3高1>2/3<1/3高1 （3-t1 (R94k，為了調(diào)節(jié)信號頻率，R105k555時基具有足夠的驅(qū)動能力，此處采用+5V電源。

式，超小型封裝，＋5V供電。其內(nèi)部方框圖如圖3-10所示。 123400005678 LCD4．5-

DS18B20DALLAS半導體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)單線數(shù)字溫度傳感器，在其其它溫度傳感器相比，DS18B20具有以下特性：理器與DSB1820的雙向通訊3、測溫范圍：-55C到+125C0.5C0.01C)3-13電路原理圖見附錄2塊、超聲波發(fā)射、超聲波接收、距離計算模塊及顯示模塊。圖4-1形象地描述了各

電后首先對系統(tǒng)進行初始化（555起振，T0也開始計時），緊接著調(diào)用顯示子算子程序，然后將所測距離顯示，并且顯示當前溫度。主程序流程圖如圖4-2NY4-2

T0T0根據(jù)公式V331.40.61T，把測得的當前溫度值送入單片機，并且顯示在LCD上。工作過程是：溫度傳感器復位，讀溫度傳感器寄存器數(shù)據(jù)，寫溫度傳感5PC機，512M內(nèi)存，PROTEUS仿真器，KEIL51編譯器，模擬萬用表，20MHz雙蹤示波器，函數(shù)發(fā)生器。LCDLCD上。溫度傳感器的操作時序要求較嚴格，由程序產(chǎn)生的時序和溫度傳感器要求的時序嚴格同步，進行編譯仿真，當前溫度顯示在LCD上。該部分調(diào)用的函數(shù)：uchar ucharTread(void) voidTwrite(ucharval) 5-1距離（米0.7m~3m內(nèi)的平面物體能進行測量，其最大誤差為5cm，[1]黃曉紅.超聲波測量電路設計[J].河北理工學院學報2002，24(5)：1518[2]曹茂永.超聲測距數(shù)字信號采集系統(tǒng)[J].電測與儀表,2000，37(8)：26-27.[3]紀良文.電子技術應用[J].浙江大學電氣工程學院,2001，27(4)：16-18.1998，3（1：19-[7]李宇成.新型智能超聲物位探測儀的設計[J].北方工業(yè)大學學報，1997，9-3..MurugavelRaju.UltrasonicDistanceMeasurementWiththeMSP430[J].ApplicationReportSLAA136A-October2001. AbidiMAGonzalezRC.Theuseofmulti-sensordataforroboticapplication[J].IEEETransactionsonRoboticsandAutomation,1990,6(2):248-256. LeonardJJ.Directedsonarsensingformobilerobotsnavigation[D].UniversityofOxford,ByrneG,DornfeldD.Toolconditionmonitoring(TCM)-Thestatusofresearchandindustrialapplication.AnnalsoftheCIRP,1995,44(2):pp.541-567Q.H.Zhang,J.H.,Zhang.Material-removal-rateanalysisintheultrasonicmachininguch