倒车雷达超声波测距毕业设计方案 .docx

精品名师归纳总结倒车雷达超声波测距设计作者姓名：专业班级：信息工 电程子方向）指导老师：摘要本次设计采纳单片机 STC89C52来掌握整个超声波系统。由单片机掌握产生超声波并且掌握定时器开头计时，当接收电路接收到回波时，定时器产生中断，停止计时。 信号发出到接收到回波信号所用的时间是由单片机运算完成，从而得到实测的距离。 距离显示在 LED数码管上，并掌握报警电路。整个硬件电路由电源电路、按键电路、显示电路、报警电路以及超声波模块构成。按键电路用来掌握报警距离的增加或者削减，便利且有用。本次设计具有简洁掌握和工作稳固等优点。关键词： STC89C52超声波 测距可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Ultrasonic Ranging SystemAbstract ： Thedesign mainlyuses microcontrollerSTC89C52 controllingultrasonic ragingsysterm. Singlechip gets to control the production of ultrasonic waveand timers .As the ultrasonic receiver circuit receives the ultrasonic wave,the timers stops to work,and SCMC begins countting the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,so we gets the distance.And displays the measured distance in the LED and controls alarm circuit.The circuit is composed of the power circuit, key circuit, display circuit, alarm circuit and ultrasonic module. The key is convenient to set alarm distance.This design has such merits as it is easy to control very much and it works reliably,and so on.Keywords: STC89C52, Ultrasonic wave ,Measure distance可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录第 1 章 前言 11.1课题讨论的目的及意义 .11.2超声波测距系统的国内外现状 .11.3第 2 章2.1设计的要求 .系统总体方案的挑选 2超声波的简介 .122.2超声波测距系统原理 .22.3方案挑选 .2第 3 章 整体硬件电路设计 43.1 单片机系统电路 .43.1.1复位电路 .43.1.2时钟电路 .53.2蜂鸣器报警电路 .63.3按键电路 .63.4超声波发射电路 .73.5超声波接收电路 .73.6超声波模块 .83.7显示电路 .83.8电源电路 .93.9系统的整体电路 .10第 4 章软件部分 114.1主程序设计 .114.2中断处理程序 .124.3距离的运算及显示电路的设计 .134.4报警电路的设计 .144.5按键电路的设计 .14第 5 章 硬件的组装及调试 15结论 17致谢 18参考文献 19附录 20可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 1 章 前言1.1 课题讨论的目的及意义经济的进展带来社会的进步，超声波测距被频繁的用在人们的日常工作之中。超声波拥有测量稳固、穿透才能强、易接收等特点，同时超声波测距不用接触到物体， 适用于了情形比较复杂的环境。仍由于超声波测距易于掌握，并且达到了所要求测量的工业指标，所以超声波测距被用于猎取距障碍物的位置信息、移动机器人、汽车倒车雷达等方面的讨论。1.2 超声波测距系统的国内外现状国内超声波测距主要针对固体和液体的讨论，在测距的稳固性和精确性上有了很大程度的提高。并且随着科学技术的不断提高，超声波技术在工业的自动掌握、汽车倒车系统等方面也有深化的讨论。此外在医学、生物科学等领域也有突出的位置。国外也做了大量的讨论是关于提精湛声波测距。 Figneroa J F， LamancusaJS在运算时间方法上又有了新的突破，传播时间的获得是通过相加峰值时延和相位时延。1.3 设计的要求设计一个超声波测距系统，距离设定一个限定值，当超声波探头与被测物体的距离小于设定值时，两者的距离显示在四位七段数码管上并开头报警。设计主要需求如下：（1） 电路测量的距离为 6m。并且误差率不得超过0.03%。（2） 与被测物体的距离用数码管显示，并有报警功能。<3）设置按键电路，能对设置的最小报警距离进行转变。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 2 章 系统总体方案的挑选2.1 超声波的简介我们知道，声音的发出是产生了振动。我们知道赫兹定义为声音的振动频率， 2020000 赫兹的振动频率是人的耳朵可以接收到的，高于20000 赫兹的，我们定义为超声波。超声波具有穿透性好、简洁猎取等特点，在医学、工业、军事、农业等方 面有着庞大的讨论价值。2.2 超声波测距系统原理在超声波测距的过程中，超声波的发射端接收到的脉冲为一系列的方波。时间间隔大小为方波的宽度，距离越远，脉冲的宽度越大。脉冲的个数也随着测距的远近而变化。超声波测距的方法是：测量出输出脉冲的宽度即发出超声波到接收超声波的时间间隔 t, 利用公式 S=1 2vt, 算出被测距离。超声波的算法设计： X1 是超声波发出的时间， X2 是超声波接收的时间。我们知道声波的传播速度为 340m/s，所以被测距离 L 如图 2-1 。图 2 1 测距原理2.3 方案挑选本方案挑选 STC89C52单片机来掌握整个电路，测得的距离显示在四位数码管上， 并依据所设置的报警距离开头报警。超声波的发射信号由单片机发出并送到发射电路上，发出超声波。接收电路由CX20216A芯片和接收探头构成。报警电路中，电阻R15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为限流电阻、晶体三级管为驱动蜂鸣器。本设计将发射探头和接收探头分别，这样可以防止信号发生混叠干扰，从而使的测量数据更加的精确。依据以上设计如图2-2 。超声波的接收单片机数码管显示超声波的发射掌握器蜂鸣器报警图 2-2系统框图结合实际需求，在网上查找了相关的资料，打算选用HC-SR04超声波集成模块。此模块发出的超声波能够测量的范畴在5m到 2cm之间，能够精确到 3mm，它的发射角不大于 15°，有利于精确的测量。并且工作频率在39 kHz41 kHz 左右，完全符合本次设计的 40kHz 的工作频率。由于超声波的发射探头和接收探头是放在同一水平直线上的，而且超声波信号在传播的过程中会发生衰减，所以两个探头不能距离太远。又由于假如两个探头离的太近会产生信号的干扰，测量出来的结果会产生误差。第 3 章 整体硬件电路设计3.1 单片机系统电路本次设计采纳了高速、功耗低的STC89C52单片机。这款 STC89C52单片机在功能上和以前 51 单片机的一样，并且仍扩展了功能，使得用起来更加的便利。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-1STC89C52引脚图3.1.1 复位电路在单片机规格书中，有这样一段描述：假如当RST端口连续两个周期以上的高电平，系统就会复位。电路如下：图 3-2复位电路在 VCC供电时， RST的电压和 VCC一样。随着从 C3 电容的充电， RST电位开头下降，并形成一个正向的脉冲，只要脉冲宽度足够就可以实现复位。关于 RC的运算：<3-1>机械周期 =震荡周期 *123-2>关于复位时间 t 的运算:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3-3>查看相关资料知道 , 当 REST上的电压高于 0.7Vcc 时，就可以被看为高电平。本次用的系统电压为 5V, 所以 REST上超过 3.5V 就可以看成高电平，并且高电平的时间超过 2us，单片机就可以复位。最终运算RST的电位，复位电路为一阶 RC电路，所以电压与电流有一下关系：3-4>由于。所以。设 Reset pin电压为，那么：所以， 当的时，。当且仅当时，系统实现复位，并且电阻和电容 RC满意条件。所以用 R=10K 、C=10 F 符合要求。3.1.2 时钟电路时钟电路的两个引脚分别接入XTAL1端口和 XTAL2端口。在两个引脚之间接入一个 12M的晶振，两个 22PF的电容和晶振并联后接的。电容的可以使电路更加的稳固， 电路如下：图 3-3时钟电路3.2 蜂鸣器报警电路报警电路由蜂鸣器、三极管、电阻构成。蜂鸣器由三极管驱动。 R15 为 1k 的电阻，作用是爱护蜂鸣器。单片机 P36 端口和电阻 R15 连接，当单片机 P36 口发送一个低电平到报警电路时， NPN型三极管开头驱动蜂鸣器进行报警，报警电路如图 3-4 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-4 报警电路3.3按键电路按键电路由三个切换开关，一个5 如下：LED设置指示灯和一个限流电阻构成。电路图3-图 3-5 按键电路按键电路的功能是：当按下 k1 键位时，指示灯亮起，开头设置报警距离。K2 按下，报警距离从原先的距离开头增大，当按下K3 键位报警距离开头减小。限流电阻 R14的运算：R<U2 U1） I3-5>式中 U2为供应的 5V电压， U1 和 I 分别为发光二极管两端的电压、电流。此次设置指示灯用的是绿色发光二极管，正向压降 UF为 2v, 工作电流 IF 为 20 毫安。所以R14=<5-2）/0.02=150 。3.4 超声波发射电路发射电路主要由 5 个非门组成 74LS04 芯片电路组成。单片机发出的 40 kHz 的脉冲不能直接由发射电路发出，要经过足够倍数的放大后，才能由发射探头发出。所以74LS04反相器其实就是一个放大电路。超声波发射电路如图3-6 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-6发射电路R16和 R17为 1K 的电阻，能够 74LS04芯片放大的输出才能。 Vcc 为整个电路供应电源。电路工作时，单片机产生的 40 kHz 由 P0.1 端口发送到发射电路，信号由74LS04芯片放大并由超发出。3.5 超声波接收电路由于超声波在传播的过程中是有衰减的，所以在中长距离的测量中，反射回来的 信号被衰减了，所以有必要进行信号的放大，放大的倍数仍比较大。查看相关资料， 此次设计采纳的是 CX20216A芯片，此芯片具有信号放大、峰值检波、比较等功能。芯片 CX20216A电路构成了主要的接收电路，比较完信号后会产生一个低电平发送到单片机进行中断，中断以后，开头进行数据的处理。如图3-7 所示。图 3-7 接收电路3.6 超声波模块HR-SR04超声波模块包含了接收探头、发射探头、74LS04芯片放大电路和CX20216A芯片电路。超声波模块如图 3-8 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-8 超声波集成模块HR-SR04有四个连接口，分别为 VCC、GND、TRIG、ECHO四个接口。 VCC：供应 5V的电源GND：的线 TRIG：信号的输入端口ECHO：信号的输出端口工作原理：此模块能够发出 8 个 40 kHz 的方波脉冲，并且可以自动检测有没有信号的返回。3.7 显示电路本次设计的显示电路由四位七段数码管、三极管和三个电阻组成。数码管由三级管来驱动，限流电阻 R11、R12和 R13是爱护整个显示电路，如图 3-9 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-9显示电路LED是发光二极管的简称，八只发光二极管构成了数码管，国际上记作：a、b、c、d、e、f 、g、dp。dp 为小数点。数码管要能够正常的显示就必需要有驱动电路来驱动，本次设计采纳了动态的方 式。动态驱动的优点有：节约了大量的I/O 口，并且消耗低，所以本次设计采纳动态的驱动方式，四位数码管的接线方式为共阳极的接法。3.8 电源电路电路由一个 5V电源、一个发光二极管和限流电阻组成。发光二极管采纳的是红色，作为电源指示灯，电路如图3-10 所示。图 3-10电源电路关于发光二极管限流电阻 R2的运算：能加到发光二极管两边的电压为5V，使用时要串联一个限流电阻用以爱护发光二极管。电阻 R2 的运算为：R2<EUF） IF3-6>式中的 E 为电源电压， UF为发光二极管的两端电压， IF 为发光二极管的两端电流。发光二极管依据用途不同，颜色也不同。红色发光二极管的工作电压是2V。发光二极管的电流大致为20mA，本次设计采纳的是红色发光二极管。采纳的电源电压为5V,电源电压减红色二极管的两端电压就是电阻R2的电压，再用 R2 两端的电压除以红色可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二极管两端电流就能运算出 R2。所以 R2=<5-2）/0.02=150 。3.9 系统的整体电路图 3-11 系统电路图整个系统由电源电路供应 5V 电源，数据由超声模块传到单片机进行处理，最终显示在数码管上并开头报警。 第 4 章 软件部分本次设计采纳的思想是分块进行设计及编写程序代码。程序主要分为主程序和中可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结断程序。主程序包括初始化单片机STC89C5、3键电路的设置、距离的显示和蜂鸣器的报警等。4.1 主程序设计超声波的发出和接收、距离的运算、按可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结主程序是初始化单片机STC89C5，2 然后置 1 回波接收位。同时通过端口 P3.0 发送一个低电平来启动超声波的发射电路，并且开启定时器T0 开头计时。这时调动运算子程序依据记录的 T0 时间运算距离，运算完成后，调用子程序显示距离。与此同时，调用声音处理程序进行蜂鸣器的报警。主程序依据反射回来的信号连续工作，假如回波标志位为 0 就说明胜利接收到了回波信号，这时开头置位并且发送一个低电平到发射电路，就这样不停的循环，实现测距功能。依据以上描述主程序的流程图如图4-1 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开头系统初始化超声波模块复位发射超声波并启动T0接收到回波的同时中断运算测量距离显示距离同时蜂鸣器延时图 4-1主程序流程图4.2 中断处理程序负责运算距离的程序是中断处理程序。依据前面的分析，当接收电路接收到回波信号以后，同样会产生一个低电平送至单片机的P3.1 端口。这时转入中断处理程序， 定时器 T0 以及外部中断 0 就马上关闭。读取时间值，并给接收回波的标志位清零。本设计的中断处理程序的程序流程图如图4-2 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结计时停止中断关闭距离运算处理显示距离并依据距离判定是否报警NY指定的报警声开启返回图 4-2中断处理程序流程图在中断处理程序中，对于距离的运算是比较关键的。先从定时器T0 那里读取时间值，再依据公式运算出距离，最终在实现各模块的功能。4.3 距离的运算及显示电路的设计依据公式 S=17×N/1000=0.017 ×Ncm>，可以看出来求出距离的关键是 N值，也就是定时器 T0 计数的次数。当接收探头接收到回波信号时，电路会产生一个低电平送至单片机的 P3.1 端口，这时，定时器停止工作，并且提取定时器计数的次数N, 运算出距离。本次设计采纳的扫描方式为简洁有用的动态扫描，用四位共阳极的连接方式连接数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结码管显示距离。单片机的 P2 口和数码管进行段的动态扫描，由于距离的显示是在变化不固定的，所以数码管的显示过程是在外部中断后进行的。4.4 报警电路的设计主程序依据运算公式算出与被测物体的距离，通过数码管显示，并且调用报警子程序掌握蜂鸣器进行报警。4.5 按键电路的设计当按下 k1 键位，进入设置模式，默认的报警距离在数码管上进行显示，每按k2 一次显示距离增加十厘M，每按下 k3 一次显示距离削减十厘M，设置好新的报警距离后再次按下 k1 键位时，单片机自动运算显示距离是否小于新设置的报警距离，假如小于蜂鸣器开头报警。按键电路程序流程如图4-3 所示。按下菜单键重新设置报警距离距离削减距离增加再次按下菜单键设置完成运算距离显示距离是否报警图 4-3按键电路程序流程图 第5章 硬件的组装及调试本次超声波测距的设计以 HR-SR04超声波模块为主体，中心频率为40 kH。硬件的连接及焊接如下：单片机的 P2 口<P20P27）对应焊接到数码管的a、b、c、d、e、 f 、g、dp，进行段动态扫描。 P1 口<P11P13）掌握数码管的片选段。 P30 和 P31 分别接到超声波模块的 Echo、Trig端口。报警电路引脚接到单片机P36端口。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结测量到一本书的距离，实际距离为38cm，测得距离为 37cm，误差的范畴在 1cm 2cm，比较稳固，实际测距情形如图5-1 所示。图 5-1测量情形显示按下菜单键位，重新设置报警距离 , 报警距离为 80cm。实际距离为 95cm,测得的距离为 94cm,蜂鸣器开头报警，如图5-2 所示。图 5-2测量情形在现实测距中，测量值与真实值误差产生的缘由分析：可能与被测物体的横截面积大小有关。被测物体横截面太小，超声波信号不能被完全的反射回来。可能与被测物体的光滑程度有光。表面不平滑的物体简洁使信号散射开来，接收探头接收到的信号变弱。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结结论从开学的选题到现在做毕业设计完成的几个月时间里，此次课题的选着从开头的不明白到现在实物焊接胜利以及论文的完成，我学习到了许多学问，让我明白从理论到实践过程的艰辛。在设计的这段时间里，从刚开头摸索到课题的完成，每一步都在努力的做到最好。对高校四年的学习做了一次比较全面的检练。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据任务书的要求与实际结合，本次设计以单片机STC89C52为主，采纳 HR-SR04超声波集成模块对超声波的发射和接收，利用四位数码管和和蜂鸣器进行显示和报 警。并且设置了按键电路便利的对报警距离进行修改。做出来的实物基本满意任务要求，但在调试过程中发觉了一下几个问题：环境的温度对距离的测量有影响，当我在阳光下和在阴凉处对同一距离测出来的数值不一样。查看有关资料，对于温度的影响，在设计中可以考虑加上温度补偿模块。被测物体表面的材质不同也影响距离的测定，几次结果说明：表面粗糙的物体比表面光滑的物体引起的误差更大。可能粗糙的表面信号散射开，这样接收到的回波信号弱，因此产生误差。通过上网明白，影响误差的仍有可能是余波信号的影响。在测距时，有一部分声波没通过反射直接传到接收探头那里。这种余波的印象对测距的影响仍是挺大的。单这种干扰可以通过软件算法的方法去除。致谢本次毕业设计论文在 #$%老&师的耐心指导下，终于完成。%&老师的治学敬业态度让我很感动，很感谢 #$%老&师的辛苦付出，让我的高校四年画上了一个完善的句号。在本次设计中， #$%老师不断的对我的设计提出许多疑问，让我能在这方面更加深化的摸索，并且在我不知所措时，认真认真的指导我解决问题，这才使得设计的课 题能够顺当完成。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结同时仍要感谢教过我指导我的全部老师，你们在我高校的四年里扮演了重要的角色。你们赐予我的不仅是学问，仍有以后出入社会的优秀品质。感谢你们的建议与忠告，让我对即将踏入的社会有了自信和目标。感谢身边的伴侣，高校里的每一步都有你们的印记。参考文献1 Y. S. Huang M. S. 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