傳感器與測試技術(shù)課程設計

0傳感器與測試技術(shù)課程設計一、課程設計目的 2二、課程設計題目 2三、課程設計內(nèi)容及要求 21、設計內(nèi)容 22、設計要求 2 2五、系統(tǒng)框圖 4六、單元電路設計原理 41、LED顯示電路與鍵盤控制電路設計 42、超聲波發(fā)射電路設計 53、超聲波接收電路設計 74、串口通信與蜂鳴器電路設計 8七、軟件設計與系統(tǒng)調(diào)試 91、主程序流程圖 1.1發(fā)射程序與接收流程圖 1.2中斷子程序及流程圖 1.3距離計算與顯示子程序 八、設計中的問題及解決方法 通過《傳感器及檢測技術(shù)》課程設計，掌握傳感器及檢測系統(tǒng)設2)測量范圍：30cm～200cm,3)誤差<0.5cm。4)其它。1)掌握傳感器的工作原理及相應的輔助電路設計方法。2)獨立設計原理圖及相應的硬件電路。將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，就成為超聲接收波換能器。超聲測距大致有以下方法：①取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值基本固定)與距離成正比，測量電壓即可測得距離；②測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔t,測距原理如圖2-1所示，距離公式為s=ct/2,其中c為聲速。通過測量發(fā)射與接受裝置之間的距離h,利用直角三角形可求得d=√s2-(h/2)2。因為s》h,則d=s,d=s=ct/2。本測量電路采用第二種方圖4-1測距原理圖在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒，但其傳播速度v易受空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響，其中受溫度的影響較大，如溫度每升高1℃,聲速增加約0.6米/秒。聲速與溫度關(guān)系如表4-2所示。因此在測距精度要求很高的情況下，應通過對溫度補這樣，只要測得超聲波發(fā)射和接收回波的時間差t以及現(xiàn)場環(huán)境溫度T,就可以精確計表4-2聲速與溫度關(guān)系表：0路六、單元電路設計原理1、LED顯示電路與鍵盤控制電路設計顯示器是一個典型的輸出設備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最簡單最直觀的顯示器可以使用LED發(fā)光二極管，而復雜的教完整的顯示器應該是CRT監(jiān)視器或者屏幕較大的LCD液晶屏。綜合課題的實際要求，由于只需顯示距障礙物的距離，因此選用LED數(shù)碼管，通過單片機編程實動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8個筆劃斷a—dp同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM是各自獨立的受I/0線的控制。CPU向字段輸出口送出字型碼時，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時顯示哪一位了。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的 (約1ms),但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非人同時點亮，但只是掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。采用靜態(tài)掃描方式控制點亮LED數(shù)碼管無位選信號，各數(shù)碼管是同時點亮的，每個數(shù)碼管顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時送給，其原理比較簡單。靜態(tài)掃描顯示編程容易，顯示比較清晰，亮度一般較高，但要求占用很多I/0接線口和增用不少硬件芯片，成本較高。因此，我采用動態(tài)掃描。設計的顯示電路采用4位一體八段共陰極數(shù)碼管顯示，段碼直接由單片機的PO口來驅(qū)動，因為PO口的內(nèi)部無上拉電阻，需在外部接上拉電阻；位碼則通過4個NPN型三極管來驅(qū)動，同時接單片機P2口。顯示電路如圖6-1所示。PNPDS1?3DS253DS3圖6-1顯示電路S4為預留出來的按鍵，當需要的時候可以實行編程控制。電路設計如圖6-2所示。圖6-2鍵盤控制電路射與接收可采用一體式的或獨立式的，但是一體式的盲區(qū)問題比較嚴重，所以本次設計選擇發(fā)射和接收探頭分開的，具體將采用超聲波發(fā)射換能器TCT40-16BT和超聲波接收換能器●輸出電壓：≥115dB方波脈沖信號。40kHz左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由555振式電路，輸入與輸出的相位圖如圖3-4所示，再加上輸出端上拉電阻R3,R4,一方面可以提高反向器MC14069UB輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。發(fā)射電路如圖6-3所示。圖6-3超聲波發(fā)射電路將反射波(回波)順利接收到超聲波接收換能器TCT4負脈沖送給單片機的P3.2(INTO)引腳，以產(chǎn)生一個中斷。CX20106A是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外接收芯片，也適用于超聲波接收。其采用單列81腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ。3腳：該腳與GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若4腳：接地端。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kQ,沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則接收部分的電路如圖6-4所示。圖6-4超聲波接收電路簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20106內(nèi)部設置的濾波器中心頻率fO可由其5腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越進行頻率選擇，濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送給輸出端7腳。當接收到與CX20106濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低電平，而輸出端7腳直接接到SST89E564的INTO引腳上，以觸發(fā)中斷。若頻率有一些誤差，可調(diào)節(jié)芯片引腳5的外接電阻R7,將濾波器的中心頻率設置在40kHz,就可達到理想的效果。需要4個0.1μF的電容器，可以實現(xiàn)與計算機的通信，電路如圖6-5所示。JJ878O-37261DB9連接口3C2-9594C1-4625如圖6-6所示，蜂鳴器的正極接到VCC(+5v)電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過程序控制P1.1腳的電平來使蜂鳴器發(fā)出聲音。當P1.1輸出高電平時，三極管截止，沒有電流通過線圖6-6蜂鳴器電路系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計，主要包括中斷主程序、入口程序、定時器0中斷程序、主程序首先要對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器TO工作模式為16位定時/計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并清計數(shù)器，然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送避免超聲波從發(fā)射器直接傳到接收器引起的直射波，需要延時0.1ms(這也就是超聲波測距系統(tǒng)會有一個最小可測距離的原因)后才可打開外部中斷0接收返回的超聲波信號。由于采程序流程圖如圖7-1所示。開始開始單片機初始化發(fā)射脈沖N判斷是否有回波Y接收脈沖計算距離圖7-1主程序流程圖外部中斷引腳的分配和使用。本設計中P1.0引腳連接到推挽放大電路再連接到超聲波發(fā)射傳感器，P1.0引腳輸出的將是軟件方式產(chǎn)生的40kHz方波，而P3.2(INTO)則被用來接收回波。定時器T1,TO均工作在工作方式1,為16位計數(shù)，T1定時器被用來開啟一次測距過程值均設為0.超聲波的接收由接收子程序來執(zhí)行，接收子程序如圖4-2所示。首超聲波，接收端判斷是否有回波，若時間大于30ms仍沒檢測到回波則重新發(fā)射超聲波；若初始化初始化YNN時間>30msN顯示是回波信號?Y軟件濾波圖7-