基于單片機(jī)的測(cè)距儀設(shè)計(jì)課件

1、基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)答辯人：指導(dǎo)教師：目 錄Contents選題的背景與意義超聲波測(cè)距原理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總結(jié)超聲波測(cè)距的應(yīng)用選題的背景The background of the topic背景：近年來(lái)，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，超聲波測(cè)距作為一種典型的非接觸測(cè)量方法，具有的高精度、損耗低、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，使得超聲測(cè)距在很多場(chǎng)合得到了運(yùn)用。意義：超聲波測(cè)距是利用聲波反射原理，避免傳感器直接與介質(zhì)接觸，是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法。與紅外、激光及無(wú)線(xiàn)電測(cè)距相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性能高、價(jià)格便宜等優(yōu)異特性。在近距離范圍內(nèi)超聲波測(cè)距具有不受光線(xiàn)、顏色以及電磁場(chǎng)的影響和指向性強(qiáng)

2、的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是使用超聲波檢測(cè)能很大程度的降低勞動(dòng)強(qiáng)度，可以避免工作人員在惡劣工作環(huán)境中可能受到的傷害，還能夠提高距離結(jié)果的準(zhǔn)確度；因此超聲測(cè)距廣泛應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障、地形地貌探測(cè)及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等方面。超聲波測(cè)距儀對(duì)電子測(cè)量技術(shù)發(fā)展是非常重要的。應(yīng)用一 倒車(chē)?yán)走_(dá)：解除了駕駛員泊車(chē)、倒車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線(xiàn)模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。應(yīng)用二超聲波物位計(jì)是運(yùn)用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減、穿透能力和聲阻抗不同的性質(zhì)來(lái)測(cè)量?jī)煞N介質(zhì)的界面。此類(lèi)儀表精度高、反應(yīng)快，但成本高、維護(hù)維修困難，都用于要求測(cè)量精度較高的場(chǎng)合。1.1基本參數(shù)

3、工作電壓：4.5V5.5V。 功耗電流：最小1mA，最大20mA ； 諧振頻率：40KHz； 探測(cè)距離范圍：4毫米4米。誤差：4% 距離數(shù)據(jù)格式：以毫米為最小數(shù)據(jù)單位，雙字節(jié) 16進(jìn)制傳輸，前高后低；1.2原理經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長(zhǎng)約6mm，頻率為40KHZ的超聲波信號(hào)。此信號(hào)被物體反射回來(lái)由接收頭接收，接收頭實(shí)質(zhì)上是一種壓電效應(yīng)的換能器。它接收到信號(hào)后產(chǎn)生mV級(jí)的微弱電壓信號(hào)。Ultrasonic distance measurement principle超聲波測(cè)距原理 發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體是被反射返回，由接受器接受，其往返時(shí)間為t，有s=vt/2即可算出被測(cè)物

4、體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)該通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ３暡úㄋ倥c溫度的關(guān)系硬件設(shè)計(jì)The hardware design AT89C51介紹超聲波發(fā)射電路單片機(jī)最小系統(tǒng)顯示電路溫度補(bǔ)償電路超聲波接收電路電源介紹AT89C51介紹1.主要性能參數(shù)與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可以重復(fù)擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器1000吃擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0Hz24Hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*8字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線(xiàn)6個(gè)中斷源可編程串行UART通道

5、低功耗空閑和掉電模式2.功能特性概述4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器128字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)I/O口線(xiàn)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)時(shí)器一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)一個(gè)雙工串行口通信片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和+5V電源組成。 在外部振蕩電路中，單片機(jī)的XTAL1和XTAL2管腳分別接至由12MHZ晶振和兩個(gè)30PF電容構(gòu)成的振蕩電路兩側(cè)，為電路提供正常的時(shí)鐘脈沖。 在復(fù)位電路中，單片機(jī)RESET管腳一方面經(jīng)20 F的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，另一方面經(jīng)開(kāi)關(guān)s接電源。其主要功能是把PC初始化為0000H，是單片機(jī)從0000H單元

6、開(kāi)始執(zhí)行程序，除了進(jìn)入系統(tǒng)的初始化之外，當(dāng)由于程序出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)超聲波發(fā)射電路發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，如圖3-3所示，單片機(jī)P2.7端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R2、R3一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。

7、溫度補(bǔ)償電路 S18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55125，最大分辨率可達(dá)0.0625。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用了一線(xiàn)制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。測(cè)溫電路圖3-5所示。DS18B20溫度傳感器： 獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊顯示電路帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線(xiàn)或3線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864。內(nèi)置81

8、92個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示84行1616點(diǎn)陣的漢字。12864液晶模塊可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。電源介紹 電源變壓器由于各種電子設(shè)備要求直流穩(wěn)壓電源提供不同幅值的直流電壓，而市電提供的交流電壓一般為220V，因此需要變壓器將市電的電壓轉(zhuǎn)換成所需要的交流電壓，再將轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓最后獲得所需要的直

9、流電壓。 整流電壓利用具有單向?qū)щ娦缘钠骷?，將大小、方向變化的正弦交流電變成單向脈動(dòng)的直流電壓。 濾波電路將整流后的單向脈動(dòng)直流電壓中的紋波盡可能地濾除掉，使其變成平滑的直流電，濾波電路由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。當(dāng)電容兩端的電壓升高時(shí)，電容充電；降低時(shí)，電容放電，從而起到濾波作用。 穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓和負(fù)載電路變化時(shí)，起到保持輸出直流電壓穩(wěn)壓的作用。軟件設(shè)計(jì)The software design 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送

10、到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約0.1ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開(kāi)外中斷1接收返回的超聲波信號(hào)。主程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.0端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12s左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T1打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器T1工作在方式0。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T1停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T1溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值0

11、表示此次測(cè)距不成功。 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P2.7端口發(fā)送2個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12s左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。超聲波發(fā)射子程序計(jì)算子程序 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。當(dāng)前溫度和超聲波往返時(shí)間均測(cè)量出來(lái)后，用C語(yǔ)言

12、根據(jù)公式計(jì)算距離來(lái)編程是比較簡(jiǎn)單的算法?？偨Y(jié) 由于時(shí)間和其它客觀(guān)上的原因，此次設(shè)計(jì)沒(méi)有成功做出實(shí)物。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。感謝各位老師批評(píng)指正答辯人：答辯日期：2016年6月15日論文總結(jié)Paper summaryLorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. Aenean commodo ligula eget dolor. Aenean massa. Cum sociis nat

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