單片機課程設(shè)計超聲波測距

1、單片機課程設(shè)計課題： 超聲波測距系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電子信息工程姓 名： 趙月學(xué) 號： 093409174河南城建學(xué)院2011年12 月 28 日成績評定·一、指導(dǎo)教師評語（根據(jù)學(xué)生設(shè)計報告質(zhì)量、答辯情況及其平時表現(xiàn)綜合評定）。二、評分評分項目設(shè)計報告評分答辯評分平時表現(xiàn)評分合 計 （100分）任務(wù)完成情 況（20分）課程設(shè)計報告質(zhì)量（40分）表達情況（10分）回答問題情 況（10分）工作態(tài)度與紀律（10分）獨立工作能力（10分）得分課程設(shè)計成績評定班級 0934091 姓名 趙月 學(xué)號093409174成績： 分（折合等級 ）指導(dǎo)教師簽字 年 月 日一、設(shè)計目的由于

2、超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中。可在不同環(huán)境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，并且在測量精度方面能

3、達到工業(yè)實用的指標要求。由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用二、設(shè)計要求1、設(shè)計一個超聲波測距器，用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置控制；2、要求測量范圍在0.104.00米，測量精度1厘米，測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。三、總體設(shè)計3.1 超聲波測距的基本原理諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機械能、又可以把機械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激

4、勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能(機械能)轉(zhuǎn)換為電能。 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一 類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生 的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 3.1.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個壓電

5、晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信 號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波 時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。圖超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 超聲波測距原理 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 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(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測距的方法是

6、回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。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)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖3-1所

7、示： 超聲波發(fā)射 障礙物 S H 超聲波接收圖 超聲波的測距原理 （3-1） （3-2）式中:L-兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在介質(zhì)中的傳播速度; t超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間.將（32）、（33）代入（3-1）中得： ( 3-4)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個常數(shù)(例如在溫度T=30度時,V=349m/s);當(dāng)需要測量的距離H遠遠大于L時,則(34)變?yōu)?( 3-5) 所以,只要需要測量出超聲波傳播的時間t,就可以得出測量的距離H.超聲波測距器的系統(tǒng)框圖圖超聲波測距器的系統(tǒng)框圖.主程序框圖圖主程序框圖四、各部分電路設(shè)計.超

8、聲波發(fā)射電路圖超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路主要由反向器74和超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成，如圖7所示。圖中為超聲波發(fā)射器。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上拉電阻R2，R3一方面可以提高反向器74輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。工作時，單片機的定時器T0產(chǎn)生信號，從P1.3端口輸出，一路經(jīng)過一級反向器后送到超聲波發(fā)射器的一個電極，另一路經(jīng)過兩極反向器后送到超聲波發(fā)射器的另一個電極，從而將40 KHz電脈沖信號加到超聲波發(fā)射器，使發(fā)射超聲波。電路采用推挽形式，向超聲波發(fā)射器提供電脈沖信號，可以提高超聲波的發(fā)射強度。.超聲波接收電路圖超聲波接

9、收電路超聲波接收電路主要由超聲波接收換能器和超聲波檢測接收模塊構(gòu)成，如圖8所示。圖中為超聲波接收器。U是超聲波檢測接收模塊，設(shè)計時選用了紅外線檢波接收專用集成電路芯片。電路中設(shè)置的電容C，適當(dāng)更改其大小，可以改變接收電路的抗干擾能力；適當(dāng)改變電路中的電容C，可改變電路的靈敏度。.數(shù)碼管顯示電路圖數(shù)碼管顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式，本系統(tǒng)采用并行輸出的動態(tài)顯示方式。（1）動態(tài)顯示原理七段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成，通常構(gòu)成字形“日”，其中有一個發(fā)光二極管用來顯示小數(shù)點。各段LED顯示器由驅(qū)動電路驅(qū)動，控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，相應(yīng)的一個筆畫

10、或一個點就發(fā)光，由此就能顯示出對應(yīng)字符。通常將各段發(fā)光二極管的陰極或陽極連在一起作為公共端；將各段發(fā)光二極管陽極連在一起的叫共陽極顯示器，用低電平驅(qū)動；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動。.單片機最小系統(tǒng)圖單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)是單片機能正常工作的最小外接電路單元，是設(shè)計電路的核心部分，也是整個作品最關(guān)鍵的最重要的部分。單片機最小系統(tǒng)包括：復(fù)位電路、晶振電路五、整體電路圖圖整體電路圖六、設(shè)計總結(jié)由于是第一次做實物，剛看到題目覺得無從下手。后來請教一下同學(xué)，又上網(wǎng)搜了一些資料，開始靜下心來，按照步驟開始做課程設(shè)計，先是按照功能需要設(shè)計原理圖，同時上網(wǎng)搜了一些程序做參考，然后按照需

11、求，結(jié)合課本來編寫程序。然后做仿真，這之中出現(xiàn)了很多錯誤，經(jīng)過多次請教與修改才仿真成功。仿真成功后，按照要求做出了圖。接下開始焊接電路板，本來以為是很簡單的事，真正去做的時候才發(fā)現(xiàn)它的困難，好不容易焊好后發(fā)現(xiàn)竟然不能用，原來是焊錫用多了，有個地方短路了，經(jīng)過修改，終于能夠顯示出數(shù)據(jù)了，過了一天再去測試的時候竟然數(shù)據(jù)不會動了，多次檢查發(fā)現(xiàn)原來是電池老化，用電壓表測，發(fā)現(xiàn)只有.。重新?lián)Q上電池才能正常工作，電壓不穩(wěn)定也成了這個設(shè)備的一個缺點，如果條件允許，改成穩(wěn)定供電的效果會比較好，總之在老師和同學(xué)們的幫助下，又翻閱大量的資料，終于完成了我的課程設(shè)計。通過這次的課程設(shè)計在很大程度上提高了我的動手能力

12、，加深了我對理論知識的理解和應(yīng)用。參考文獻（1）單片機原理及應(yīng)用 楊恢先 黃輝先主編 人民郵電出版社附：部分源程序/*-MCU AT89C52 XAL 12MHz-*/#include <reg52.h>#include<intrins.h>#include <delayus.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longbit symbol;uchar dispbit13=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,

13、0xf8,0x80,0x90,0x00,0xff,0x7f;uchar scanbit4=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;sbit transmit=P33; data uchar testok;void display(uchar *temp) uchar i; for(i=0;i<4;i+) if(i=2&&symbol=1) P0=dispbit*temp&0x7f; else P0=dispbit*temp; P2=scanbiti; delayus(200); temp+; P0=0xff; P2=0xff; void cs_t() uchar

14、i; transmit=1; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=0;i<6;i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); transmit=transmit; transmit=1; /void main(void) uchar data dispram5=0x0a,0x0a,0x0a,0x0a,0x0a; data uint i; data ulong time; data ulong_temp; symbol=0; P0 = 0xff; P2

15、=0xff; TMOD = 0x11; IE = 0x80; while (1) cs_t(); delayus(10); testok = 0; EX0 = 1; ET0 = 1; while (!testok) display(dispram); if ( testok=1 ) time = TH0; time = (time<<8) | TL0; time *=174; time /= 10000; dispram0 = (uchar) (time % 10); time /= 10; dispram1 = (uchar) (time % 10); time /= 10; dispram2 = (uchar) (time % 10); dispram3 = (uchar) (time / 10); if(dispram2!=0)|(dispram3!=0)symbol=1; else symbol=0;