機(jī)電一體化(超聲波測(cè)距)(共25頁(yè))

1、 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc409365531 1.課程設(shè)計(jì)目的(md) PAGEREF _Toc409365531 h 1 HYPERLINK l _Toc409365532 1.1.設(shè)計(jì)(shj)的意義 PAGEREF _Toc409365532 h 1 HYPERLINK l _Toc409365533 2.內(nèi)容及要求 PAGEREF _Toc409365533 h 2 HYPERLINK l _Toc409365534 4.1.設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc409365534 h 2 HYPERLINK

2、l _Toc409365535 4.2.設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc409365535 h 2 HYPERLINK l _Toc409365536 4.3.超聲波測(cè)距應(yīng)用： PAGEREF _Toc409365536 h 3 HYPERLINK l _Toc409365537 3.系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc409365537 h 4 HYPERLINK l _Toc409365538 4.系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc409365538 h 7 HYPERLINK l _Toc409365539 4.1.超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc409365539 h

3、7 HYPERLINK l _Toc409365540 4.2.超聲波發(fā)送與接受時(shí)差波形圖 PAGEREF _Toc409365540 h 7 HYPERLINK l _Toc409365541 5.單元電路設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc409365541 h 8 HYPERLINK l _Toc409365542 5.1.發(fā)射部分電路 PAGEREF _Toc409365542 h 8 HYPERLINK l _Toc409365543 5.2.接收部分的電路 PAGEREF _Toc409365543 h 9 HYPERLINK l _Toc409365544 5.3.單片機(jī)外圍電路原

4、理圖 PAGEREF _Toc409365544 h 11 HYPERLINK l _Toc409365545 5.4.軟件設(shè)計(jì)流程圖 PAGEREF _Toc409365545 h 14 HYPERLINK l _Toc409365546 6.調(diào)試與下載 PAGEREF _Toc409365546 h 15 HYPERLINK l _Toc409365547 6.1.Keil軟件介紹 PAGEREF _Toc409365547 h 15 HYPERLINK l _Toc409365548 6.2.程序調(diào)試 PAGEREF _Toc409365548 h 15 HYPERLINK l _Toc

5、409365549 6.3.設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法 PAGEREF _Toc409365549 h 16 HYPERLINK l _Toc409365550 7.設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc409365550 h 17 HYPERLINK l _Toc409365551 8.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc409365551 h 18 HYPERLINK l _Toc409365552 附錄1:相關(guān)程序 PAGEREF _Toc409365552 h 19 HYPERLINK l _Toc409365553 附錄2:實(shí)物照片 PAGEREF _Toc409365553 h 22 HYP

6、ERLINK l _Toc409365554 附錄3:原理圖 PAGEREF _Toc409365554 h 23課程設(shè)計(jì)目的(md)通過(guò)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，使我們掌握傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則(yunz)及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步理解超聲波及檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是大學(xué)生在完成(wn chng)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)后,一個(gè)重要的綜合性、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，總的目的是在老師的指導(dǎo)下,使學(xué)生通過(guò)課程設(shè)計(jì),對(duì)所學(xué)課程理論知識(shí)進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)和提高,并運(yùn)用所學(xué)理論,通過(guò)調(diào)研,設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電控制方面的課題,受到從理論到實(shí)踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解

7、決具體問(wèn)題的能力,具體有以下幾點(diǎn)：1、通過(guò)檢索查閱運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、使用資料的方法和能力。2、通過(guò)回顧查閱課程理論知識(shí)、運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課,專(zhuān)業(yè)技術(shù)課和專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問(wèn)題正確設(shè)計(jì)總體方案, 分析具體問(wèn)題、進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。 3、了解元器件的基本用途和方法，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)制作控制電路，積累更多設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力。設(shè)計(jì)的意義隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時(shí)間住的許多不可預(yù)見(jiàn)因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)挖已經(jīng)建設(shè)

8、好的建筑設(shè)施來(lái)改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來(lái)了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的意義。 內(nèi)容(nirng)及要求設(shè)計(jì)(shj)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)超聲測(cè)距儀的原理是根據(jù)超聲波遇到障礙物反射回來(lái)的特性進(jìn)行測(cè)量的。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立

9、即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即中斷(zhngdun)停止計(jì)時(shí)。 通過(guò)不斷檢測(cè)產(chǎn)生波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差T，然后求出距離L?；镜臏y(cè)距公式為：L=(t/2)*C 式中 L要測(cè)的距離 T發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間間隔 C超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為340m/s 聲速確定后，只要測(cè)出超聲波往返的時(shí)間，即可求得L。設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一套基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)（1）、繪制遠(yuǎn)程超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路圖，分析電路工作原理；（2）、繪制電路PCB圖（3）、控制系統(tǒng)電路的制作（4）、安裝調(diào)試（5）、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 本次設(shè)計(jì)采用40KHz的超聲波發(fā)射和接

10、收傳感器測(cè)量距離?？刹捎冒l(fā)射和接收之間的距離，也可將發(fā)射和接收平行放在一起，通過(guò)反射測(cè)量距離。實(shí)現(xiàn)功能要求：包括以下內(nèi)容： 超聲波收發(fā)傳感器 四位LED數(shù)碼顯示(也可用LCD）； 四位按鍵（四個(gè)按鈕和蜂鳴器屬于功能預(yù)留，程序中無(wú)定義） 電源部分使用計(jì)算機(jī)USB的5V電源或外接5V電源輸入測(cè)量范圍可達(dá)0.015米， 測(cè)量精度為1厘米 加溫度補(bǔ)償電路超聲波測(cè)距系統(tǒng)(xtng)的安裝，調(diào)試超聲波測(cè)距應(yīng)用(yngyng)：超聲波流量計(jì)：測(cè)量水的流速，這是因?yàn)槌暡ㄊ且环N機(jī)械波，依靠介質(zhì)才能傳播，其傳播方向(fngxing)受介質(zhì)運(yùn)動(dòng)影響，因此，水可以改變傳播方向。進(jìn)而可以做出超聲波流量計(jì)，可應(yīng)以自來(lái)水

11、、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測(cè)量。還適用于下水道、農(nóng)業(yè)灌渠、河流等流速的測(cè)量。超聲波測(cè)距儀：用以測(cè)量液位、井深、管道長(zhǎng)度、建筑測(cè)量、厚度測(cè)量等。報(bào)警器：盲人探路器、防盜報(bào)警等定位系統(tǒng)：用以探測(cè)超聲波發(fā)射源位置，在生活中有重要意義，如人說(shuō)話、呼吸的時(shí)候不光產(chǎn)生聲波，同樣也會(huì)產(chǎn)生部分超聲波，呼出的氣體分子與空氣分子碰撞就產(chǎn)生超聲波。氣管漏氣，輪胎漏氣，閥門(mén)泄漏、閥門(mén)氣蝕、齒輪運(yùn)行、電暈放電等都會(huì)產(chǎn)生超聲波。通過(guò)接收器看以看出哪里有漏洞。系統(tǒng)工作(gngzu)原理設(shè)計(jì)的整體框圖如圖1所示，主要由超聲波發(fā)射，超聲波接收與信號(hào)轉(zhuǎn)換，按鍵顯示電路與溫度傳感器電路組成。超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到

12、障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差T，然后求出距離L=CT2，式中的C為超聲波波速。在常溫下，空氣中的聲速約為340ms。由于超聲波也是一種聲波，其傳播速度C與溫度有關(guān)，在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為(rnwi)聲速是基本不變的。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)測(cè)距精度要求很高，誤差25V時(shí)，運(yùn)放A的輸出電壓VA=+12V，運(yùn)放B的輸出電壓VB=-12V，當(dāng)輸入信號(hào)Vi25V時(shí)，運(yùn)放A的輸出電壓 VA=-12V，運(yùn)放B的輸出電壓VB=+12V，所以在超聲傳感器兩端得到兩個(gè)極性完全相反的對(duì)稱(chēng)波形，即VB=-VA，所以加在超聲波傳感器兩端的電壓V=VA-VB=2VA，其兩端的電壓可達(dá)到24V，從而

13、保證超聲波能夠發(fā)送較遠(yuǎn)的距離，提高了測(cè)量量程。圖3 超聲波傳感器的發(fā)射電路接收部分的電路接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號(hào)變換電路組成。放大電路和帶通濾波電路如圖4所示。由于超聲波信號(hào)在空氣中傳播時(shí)受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號(hào)非常的微弱，不能直接送到后級(jí)電路進(jìn)行處理，必須將信號(hào)放大到足夠的幅度，才能使后級(jí)電路對(duì)它進(jìn)行正確的處理。前置放大(fngd)電路是由集成運(yùn)放組成的自舉式同相交流放大電路，具有很高的輸入阻抗，C5，C6，C7為隔直電容，R5，R6，R7為偏置電阻，用來(lái)設(shè)置放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。帶通濾波器采用二階RC有源濾波器，用于消除超聲波傳播過(guò)程中受到的干擾信號(hào)的

14、影響。該電路為二階壓控電壓源帶通濾波電路，圖4中RW，C10組成低通濾波網(wǎng)絡(luò)，C9和R12組成高通濾波網(wǎng)絡(luò)，兩者串聯(lián)組成了帶通濾波電路。集成運(yùn)放和電阻R9，Rl0一起組成同相比例放大器，為了使電路能夠穩(wěn)定工作，必須保證同相比例放大器的增益AV0;x-) for(y=110;y0;y-);/*/*延時(shí)uS函數(shù)*/void delay_uS(uint z) while(z-);/*/*計(jì)算(j sun)距離函數(shù)*/void count(void) time=TH0*256+TL0; /檢測(cè)(jin c) 所需時(shí)間 TH0=0; TL0=0; s=time*Vs*1.12; / 計(jì)算距離(jl)，算

15、出來(lái)的單位是CM b0=table2s/1000; b1=table2s%1000/100; b2=table2s%100/10; / b3=table2s%10; b3=0;/*/*T0中斷函數(shù)*/void Time0() interrupt 1 /T0中斷用作計(jì)數(shù)器溢出，超出測(cè)距范圍 flag=1; /中斷溢出標(biāo)志/*/*啟動(dòng)模塊函數(shù)*/void startmodle(void) /啟動(dòng)檢測(cè)模塊 Trig=1; /啟動(dòng)一次檢測(cè)模塊 delay_uS(20); Trig=0; /停止向檢測(cè)模塊Trig端發(fā)送高電平/*/*中斷初始化函數(shù)*/void InterruptInit(void) /中

16、斷初始化 TMOD=0 x01; /高T0工作方式為方式1，GATE=1 TH0=0; TL0=0; ET0=1; /允許T0中斷 TR0=0; EA=1; / 開(kāi)啟總中斷/*/*主函數(shù)*/void main(void) Rom_CS=1; lcd_cs1=0; initial_lcd(); clear_screen(); /clear all dots while(1) display_GB2312_string(3,1,所測(cè)距離(jl)：);/*在第1頁(yè)，第1列，顯示(xinsh)一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字*/display_GB2312_string(3,74,b);

17、 /*顯示(xinsh)一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字.以下雷同*/display_GB2312_string(3,100,厘米);readtemp();Tn=sdate;InterruptInit(); /中斷初始化 startmodle(); / 啟動(dòng)檢測(cè)模塊 while(!Echo); /當(dāng)接收為零時(shí)等待 TR0=1; /開(kāi)啟計(jì)數(shù) while(Echo); /當(dāng)接收為1計(jì)數(shù)并等待 TR0=0; /關(guān)閉計(jì)數(shù)Vs=(331.5+0.61*Tn)/2000; count(); /計(jì)算距離 delay(500); /延時(shí)80MSdisplay_GB2312_string(3,1,所測(cè)距離：);/*在第1頁(yè)，第1列，顯示一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字*/display_GB2312_string(3,74,b); /*顯示一串16x16點(diǎn)陣漢字或8x16的ASCII字.以下雷同*/display_GB2312_string(3,1