基于單片機的測距儀設計

目錄Contents選題的背景與意義超聲波測距原理系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)軟件設計總結超聲波測距的應用目前一頁\總數三十頁\編于二十一點選題的背景Thebackgroundofthetopic背景：近年來，電子測量技術應用越來越廣泛，超聲波測距作為一種典型的非接觸測量方法，具有的高精度、損耗低、非接觸等優(yōu)點，使得超聲測距在很多場合得到了運用。意義：超聲波測距是利用聲波反射原理，避免傳感器直接與介質接觸，是一種傳統(tǒng)而實用的非接觸測量方法。與紅外、激光及無線電測距相比，它具有結構簡單、可靠性能高、價格便宜等優(yōu)異特性。在近距離范圍內超聲波測距具有不受光線、顏色以及電磁場的影響和指向性強的優(yōu)點，更重要的是使用超聲波檢測能很大程度的降低勞動強度，可以避免工作人員在惡劣工作環(huán)境中可能受到的傷害，還能夠提高距離結果的準確度；因此超聲測距廣泛應用于倒車雷達、機器人自動避障、地形地貌探測及一些工業(yè)現場等方面。超聲波測距儀對電子測量技術發(fā)展是非常重要的。目前二頁\總數三十頁\編于二十一點應用一

倒車雷達：解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時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模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。目前三頁\總數三十頁\編于二十一點應用二超聲波物位計是運用超聲波在氣體、液體或固體中的衰減、穿透能力和聲阻抗不同的性質來測量兩種介質的界面。此類儀表精度高、反應快，但成本高、維護維修困難，都用于要求測量精度較高的場合。目前四頁\總數三十頁\編于二十一點應用三

超聲波測距儀:公英制轉換；計算面積和體積；五組數據存儲；長度累加測試。主要應用于：室內裝潢設計，建筑施工，房地產公司房子丈量，工程監(jiān)理現場查驗，房地產開發(fā)建設，評估，施工，公共設施規(guī)劃，園林。目前五頁\總數三十頁\編于二十一點1.1基本參數工作電壓：4.5V~5.5V。功耗電流：最小1mA，最大20mA；諧振頻率：40KHz；探測距離范圍：4毫米～4米。誤差：4%距離數據格式：以毫米為最小數據單位，雙字節(jié)16進制傳輸，前高后低；1.2原理經發(fā)射器發(fā)射出長約6mm，頻率為40KHZ的超聲波信號。此信號被物體反射回來由接收頭接收，接收頭實質上是一種壓電效應的換能器。它接收到信號后產生mV級的微弱電壓信號。目前六頁\總數三十頁\編于二十一點Ultrasonicdistancemeasurementprinciple超聲波測距原理`

發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在到達被測物體是被反射返回，由接受器接受，其往返時間為t，有s=vt/2即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應該通過溫度補償的方法加以校正。超聲波波速與溫度的關系目前七頁\總數三十頁\編于二十一點超聲波測距系統(tǒng)總體方案框圖目前八頁\總數三十頁\編于二十一點硬件設計Thehardwaredesign

AT89C51介紹超聲波發(fā)射電路單片機最小系統(tǒng)顯示電路溫度補償電路超聲波接收電路電源介紹目前九頁\總數三十頁\編于二十一點目前十頁\總數三十頁\編于二十一點AT89C51介紹1.主要性能參數與MCS—51產品指令系統(tǒng)完全兼容4K字節(jié)可以重復擦寫Flash閃速存儲器1000吃擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz—24Hz三級加密程序存儲器128*8字節(jié)內部RAM32個可編程I/O口線6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式2.功能特性概述4k字節(jié)Flash閃速存儲器128字節(jié)內部RAM32個I/O口線兩個16位定時器/計時器一個5向量兩級中斷結構一個雙工串行口通信片內振蕩器及時鐘電路目前十一頁\總數三十頁\編于二十一點各引腳功能a.主電源引腳VCCVCC電源輸入端，工作電源和編程校驗為+5V。b.時鐘振蕩電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1和XTAL2分別作為晶體振蕩電路的反相器輸入端和輸出端。在使用外部振蕩電路時，這兩個端子用來外接石英晶體，振蕩頻率為晶體振蕩頻率，振蕩信號送至時鐘電路產生時鐘脈沖信號。這個部分給單片機提供工作節(jié)拍，也可稱作單片機的主頻。c.控制信號引腳RST，ALE，PSEN和EARST為復位信號輸入端。當RST端保持兩個機器周期（24個時鐘周期）以上的高電平時，單片機完成復位操作。ALE為地址鎖存允許信號，在訪問外部存儲器時，ALE用來鎖存P0口送出的低8位地址信號。PSEN為外部程序存儲器的讀選通信號。EA為訪問外部程序存儲器控制信號。對8051和8751，他們的片內有4KB的程序存儲器。d.4個8位I/O端口——P0，P1，P2和P3P0口（P0.0~P0.7）是一個8位漏極開路型的雙向I/O口，這時P0可看做用戶數據總線P1口（P1.0~P1.7）——是一個帶有內部上拉電阻R可以作為準雙向I/O口（在引腳讀入前，必須對該端口寫入1，具有這種操作的I/O口稱作準雙向I/O口）P2口（P2.0~P2.7）——該端口內部有上拉電阻R又有切換開關MUX，所以P2端口在功能上兼有P1和P2口的功能。

P3口（P3.0~P3.7）——P3口是一個多功能端口，除了可以做I/O口外，還具有第二功能。目前十二頁\總數三十頁\編于二十一點單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)主要由AT89C51單片機、外部振蕩電路、復位電路和+5V電源組成。在外部振蕩電路中，單片機的XTAL1和XTAL2管腳分別接至由12MHZ晶振和兩個30PF電容構成的振蕩電路兩側，為電路提供正常的時鐘脈沖。在復位電路中，單片機RESET管腳一方面經20F的電容接至電源正極，實現上電自動復位，另一方面經開關s接電源。其主要功能是把PC初始化為0000H，是單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，除了進入系統(tǒng)的初始化之外，當由于程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動目前十三頁\總數三十頁\編于二十一點超聲波發(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構成，如圖3-3所示，單片機P2.7端口輸出的40kHz的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。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，縮短其自由振蕩時間。目前十四頁\總數三十頁\編于二十一點超聲波接收電路

超聲波接收電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C16的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力目前十五頁\總數三十頁\編于二十一點溫度補償電路

S18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，測溫范圍為-55～125℃，最大分辨率可達0.0625℃。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用了一線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。測溫電路圖3-5所示。DS18B20溫度傳感器：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊目前十六頁\總數三十頁\編于二十一點顯示電路帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64。內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16×16點陣的漢字。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。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。目前十七頁\總數三十頁\編于二十一點電源介紹

電源變壓器——由于各種電子設備要求直流穩(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換成所需要的交流電壓，再將轉換的電壓經過整流、濾波、穩(wěn)壓最后獲得所需要的直流電壓。整流電壓——利用具有單向導電性的器件，將大小、方向變化的正弦交流電變成單向脈動的直流電壓。濾波電路——將整流后的單向脈動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、電感等儲能元件組成。當電容兩端的電壓升高時，電容充電；降低時，電容放電，從而起到濾波作用。穩(wěn)壓電路——在電網電壓和負載電路變化時，起到保持輸出直流電壓穩(wěn)壓的作用。目前十八頁\總數三十頁\編于二十一點軟件設計Thesoftwaredesign

主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時計數器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約0.1ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷1接收返回的超聲波信號。主程序流程圖目前十九頁\總數三十頁\編于二十一點

超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數器T1打開進行計時，定時器T1工作在方式0。超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即引腳出現低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T1停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T1溢出中斷將外中斷1關閉，并將測距成功標志字賦值0表示此次測距不成功。超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P2.7端口發(fā)送2個左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數器T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準確。超聲波發(fā)射子程序目前二十頁\總數三十頁\編于二十一點計算子程序

超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT1引腳出現低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷1關閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。當前溫度和超聲波往返時間均測量出來后，用C語言根據公式計算距離來編程是比較簡單的算法。目前二十一頁\總數三十頁\編于二十一點顯示子程序目前二十二頁\總數三十頁\編于二十一點總結

由于時間和其它客觀上的原因，此次設計沒有成功做出實物。但是對設計有一個很好的理論基礎。設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產生超聲波，實現超聲波的發(fā)送與接收，從而實現利用超聲波方法測量物體間的距離。以數字的形式顯示測量距離。目前二十三頁\總數三十頁\編于二十一點感謝各位老師批評指正答辯人：答辯日期：2016年6月15日目前二十四頁\總數三十頁\編于二十一點目前二十五頁\總數三十頁\編于二十一點論文總結PapersummaryLoremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Aeneancommodoligulaegetdolor.Aeneanmassa.Cumsociisnatoquepenatibusetmagnisdisparturientmontes,nasceturridiculusmus.Donecquamfelis,ultriciesnec,pellentesqueeu,pretiumquis,sem.

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總結總結1總結2總結3總結4目前二十六頁\總數三十頁\編于二十一點論文總結Papersummary總結一總結二總結三Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Aeneancommodoligulaegetdolor.Aeneanmassa.Cumsociisnatoquepenatibusetmagnisdisparturientmontes,nasceturridiculusmus.Donecquamfelis,ultriciesnec,pellentesqueeu,pretiumquis,sem.

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