超聲波測距儀設(shè)計報告

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--內(nèi)頁可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小--超聲波測距儀(液晶屏加報警)設(shè)計報告(總20頁)PAGE超聲波測距儀設(shè)計報告設(shè)計要求提供2cm—400cm的非接觸式距離測量功能，測距精度達(dá)到3mm。測量結(jié)果通過液晶屏實時顯示。當(dāng)測量距離小于20cm時，進(jìn)行聲音和燈光報警。超聲波測距原理測量距離的方法有很多種，短距離的可以用米尺，遠(yuǎn)距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計時，系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time

of

flight），也可以稱為回波探測法，如圖1所示。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，超聲波在介質(zhì)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。根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同，可分為液介式、氣介式和固介式三種。根據(jù)所用探頭的工作方式，又可分為自發(fā)自收單探頭方式和一發(fā)一收雙探頭方式。而倒車?yán)走_(dá)一般是裝在車尾，超聲波在空氣中傳播，超聲波在空氣中(20℃)的傳播速度為340m/s(實際速度為344m/s這里取整數(shù))，根據(jù)計時器記錄的時間就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離，公式。圖1超聲波測距原理由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，表1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(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。?聲速與溫度的關(guān)系溫度(℃)－30－20－100102030100聲速(m/s)313319325323338344349386硬件系統(tǒng)設(shè)計1、設(shè)計框圖本研究設(shè)計的超聲波測距儀框圖如圖2所示。圖2超聲波測距儀方框圖2、US-100超聲波收發(fā)模塊該超聲波收發(fā)模塊可自己產(chǎn)生40kHz的方波，并經(jīng)放大電路驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射后由超聲波接收探頭接收。經(jīng)接收電路的檢波放大，積分整形，在ECHO引腳上產(chǎn)生方波脈沖，該脈沖寬度與被測距離成線性關(guān)系。具體過程如圖3所示。圖3US-100超聲波收發(fā)模塊工作時序圖上圖表明：只需要在Trig/TX管腳輸入一個10us以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號，當(dāng)檢測到回波信號后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過Echo/RX管腳輸出。在此模式下，模塊將距離值轉(zhuǎn)化為340m/s時的時間值的2倍，通過Echo端輸出一個高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時間來計算距離值。即距離值為：（高電平時間*340m/s）/2注：因為距離值已經(jīng)經(jīng)過溫度校正，此時無需再根據(jù)環(huán)境溫度對超聲波聲速進(jìn)行校正，也就是不管溫度多少，聲速選擇340m/s即可。使用US-100超聲波收發(fā)模塊進(jìn)行距離測量測量時，單片機(jī)只需要輸出觸發(fā)信號，并監(jiān)視回響引腳，通過定時器計算回響信號寬度，并換算成距離即可。該模塊簡化了發(fā)送和接收的模擬電路，工作穩(wěn)定可靠，其參數(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2US-100模塊電氣參數(shù)應(yīng)注意測量周期必須在60毫秒以上，防止發(fā)射信號對回響信號的影響。圖4US-100超聲波模塊外形圖模塊共有兩個接口，即模式選擇跳線和5pin接口。模式選擇跳線接口設(shè)置為當(dāng)安裝上短路帽時為UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發(fā)模式。3、單片機(jī)電路本設(shè)計選用宏晶公司高性能單片機(jī)STC89C52，其管腳如圖5所示。圖5STC89C52單片機(jī)管腳圖該芯片為52核8位單片機(jī)，兼容Intel等52核單片機(jī)，支持ISP下載，適用于常用檢測控制電路。由STC89C52組成的單片機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖6所示。圖中TRIG引腳為單片機(jī)發(fā)送觸發(fā)信號的引腳，ECHO引腳為US-100模塊送回回響信號的引腳，接至單片機(jī)外部中斷腳上，可以利用外部中斷測量回響信號寬度。當(dāng)測量距離小于閾值20cm時，單片機(jī)通過管腳發(fā)出燈光報警信號，觸發(fā)LED報警燈亮，同時通過管腳發(fā)出聲音報警信號beep，該信號用以觸發(fā)蜂鳴器鳴響報警。圖6單片機(jī)系統(tǒng)及超聲波模塊接口原理圖4、蜂鳴器報警電路圖7所示為蜂鳴器報警電路。由于單片機(jī)管腳的灌電流比拉電流容量大，因此電路設(shè)計為低電平輸出時蜂鳴器響，高電平關(guān)閉。當(dāng)腳輸出低電平時，PNP型三極管8550導(dǎo)通，有集電極電流通過，蜂鳴器鳴響。當(dāng)腳輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器關(guān)閉。圖7蜂鳴器報警電路5、顯示電路顯示部分采用SMC1602液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，其主要技術(shù)參數(shù)為：表3液晶屏技術(shù)指標(biāo)接口信號說明如表4所示。表4液晶屏接口信號說明與單片機(jī)接口電路如圖8所示。圖8LCD與單片機(jī)接口電路6、供電及程序下載電路本設(shè)計采用USB接口供電，電源電壓5V。同時，USB接口通過含PL2303芯片的轉(zhuǎn)換電路對單片機(jī)進(jìn)行程序編寫。其電路原理如圖9所示。圖9供電及程序下載電路軟件編程1、軟件流程圖本設(shè)計軟件主程序流程圖如圖10所示，(a)為主程序流程圖，(b)為定時中斷子程序流程圖，(c)為外部中斷子程序流程圖。(a)主程序流程圖(b)外部中斷流程圖圖10程序流程圖2、主程序下面介紹主程序編寫，其他程序略。(1)頭文件和一些宏定義/*******************************************************************//*******************超聲波測距儀************************************//*******************(液晶屏顯示)************************************//*******************晶振********************************/#include<>#include""typedefunsignedcharU8;/*definedforunsigned8-bitsintegervariable無符號8位整型*/typedefsignedcharS8;/*definedforsigned8-bitsintegervariable有符號8位整型*/typedefunsignedintU16;/*definedforunsigned16-bitsintegervariable無符號16位整型*/typedefsignedintS16;/*definedforsigned16-bitsintegervariable有符號16位整型*/typedefunsignedlongU32;/*definedforunsigned32-bitsintegervariable無符號32位整型*/typedefsignedlongS32;/*definedforsigned32-bitsintegervariable有符號32位整型*/typedeffloatF32;/*singleprecisionfloatingpointvariable(32bits)單精度浮點數(shù)32位長度*/typedefdoubleF64;/*doubleprecisionfloatingpointvariable(64bits)雙精度浮點數(shù)64位*/;*描述:該程序?qū)崿F(xiàn)了對液晶1602的控制。***********************************************************************/#include""#include""/*********************************************************************名稱:delay()*功能:延時,延時時間大概為140US。*輸入:無*輸出:無***********************************************************************/voiddelay(){ inti,j; for(i=0;i<=10;i++) for(j=0;j<=2;j++);}/*********************************************************************名稱:Convert(ucharIn_Date)*功能:因為電路設(shè)計時，接法剛好了資料中的相反，所以設(shè)計該函數(shù)。*輸入:1602資料上的值*輸出:送到1602的值***********************************************************************/ucharConvert(ucharIn_Date){/*uchari,Out_Date=0,temp=0;for(i=0;i<8;i++){temp=(In_Date>>i)&0x01;Out_Date|=(temp<<(7-i));} returnOut_Date; */returnIn_Date;}/*********************************************************************名稱:enable(uchardel)*功能:1602命令函數(shù)*輸入:輸入的命令值*輸出:無***********************************************************************/voidenable(uchardel){ P0=Convert(del); RS=0; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名稱:write(uchardel)*功能:1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)*輸入:需要寫入1602的數(shù)據(jù)*輸出:無***********************************************************************/voidwrite(uchardel){ P0=Convert(del); RS=1; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名稱:L1602_init()*功能:1602初始化，請參考1602的資料*輸入:無*輸出:無***********************************************************************/voidL1602_init(void){ enable(0x01); enable(0x38); enable(0x0c); enable(0x06); enable(0xd0);}/*********************************************************************名稱:L1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign)*功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符顯示"b"，調(diào)用該函數(shù)如下 L1602_char(1,5,'b')*輸入:行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)*輸出:無***********************************************************************/voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); write(sign);}/*********************************************************************名稱:L1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示"abcdef"，調(diào)用該函數(shù)如下 L1602_string(1,5,"abcdef;")*輸入:行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)*輸出:無***********************************************************************/voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); while(1) { if(*p=='\0')break; write(*p); p++; }}ex文件后，就可以下載并進(jìn)行調(diào)試了。USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝打開USB驅(qū)動文件夾下的安裝文件，按提示安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序。安裝完成后，插入USB下載線后，在[開始]-[控制面板]-[打印機(jī)和其他硬件]-[設(shè)備管理器]，在“端口”分支下有（ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。X表示串口號，如果沒有說明USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動沒有安裝，須重新安裝。記住括號里的COM口號。圖11成功安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動示意圖下載程序打開STC單片機(jī)下載軟件文件夾，點擊運行程序，出現(xiàn)如下界面。圖12下載軟件正確選擇MCU類型為STC89C52，COM口（與剛才安裝的COM號一致），最高波特率