2022年超声波测距仪硬件电路的设计方案9 .docx

_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 超声波测距仪电路设计试验报告轮机系楼宇 071 刘丹锦 2022212101 一、试验目的：通过学习,明白超声波测距仪的原理,把握电路串接方法,熟识电路元件,把握焊接方法；二、试验设备及器材：下：电烙铁,锡线,电路元件；其中电路元件清单如参数名称代号数量参数名称代号数量 6 470U C1 1 1K R1, R2, R3, R4, R16, R13 100u C2 1 4.7 1 104 C3, C4 2 220K R14 1 224 C5, C10 2 22K R15 1 223 C6 1 4.7K R18 1 330P C7 1 按键RST, S1, 5 蜂鸣器S2, S3, S4 SP1 3.3UF C8 1 1 超声波接收管1UF C9 1 R 1 超声波发射管47UF C11 1 T 1 LM7805 10uF C12 1 U1 1 30p CY1, CY2 2 74HC245 U2 1 4007 D1, D2, D3, D4 4 89S52 U3 1 0.36 数码管DS1 1 CD4069/74LS04 U4 1 360 R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, 8 CX20226A U5 1 10K 排阻PR1 1 11.0592M Y1 1 8550 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 5 DC 电源插座P1 1 下载头JTAG1 PCB 电路板1 三、电路原理图：四、试验内容：1 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 1 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 1,学习 keil 软件编写超声波测距程序#include <A T89X52.H> yw=1 ；unsigned char code wd=0 ；dispbitcode=0x31,0x32,0x34,0x38,0x30,0x30, SPK=0；0x30,0x30 ；ST=0 ；unsigned char code OE=0；dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, TMOD=0x12 ；0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x77,0x7c,0x TH0=0x216 ；39 ；TL0=0x216 ；unsigned char TH1=65536-500>/256 ；dispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0；TL1=65536-500>%256 ；unsigned char dispcount；TR1=1；unsigned char getdata；TR0=1；unsigned int temp ；ET0=1 ；unsigned int temp1 ；ET1=1 ；unsigned char i ；EA=1 ；sbit ST=P30 ；ST=1 ；sbit OE=P31 ；ST=0 ；sbit EOC=P34 ；while1> sbit CLK=P35 ； sbit M1=P36 ；ifK1=0> sbit M2=P37 ； sbit SPK=P26 ；delay10ms>；sbit LA=P33 ；ifK1=0> sbit LB=P32 ； sbit LC=P27 ；yw=1 ；sbit K1=P24 ；wd=0 ；sbit K2=P25 ； bit wd ； bit yw ；else ifK2=0> bit shuid ； bit shuig ；delay10ms>；unsigned int cnta；ifK2=0> unsigned int cntb ； bit alarmflag ；wd=1 ；void delay10msvoid> yw=0 ； unsigned char i,j ； fori=20 ；i>0 ；i-> else ifLC=1> forj=248 ；j>0 ；j-> ； delay10ms>；void mainvoid> ifLC=1> M1=0 ；M1=0 ；M2=0 ；M2=1 ；2 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 2 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - temp1=13； shuid=0；void t0void> interrupt 1 using 0 shuig=1； LB=0 ；CLK=CLK ； void t1void> interrupt 3 using 0 else ifLC=0> && LB=1>> TH1=65536-500>/256 ；delay10ms>；TL1=65536-500>%256 ；ifLC=0> && LB=1>> ifEOC=1> M1=0 ；OE=1；M2=0 ；getdata=P1；temp1=12；OE=0；shuig=0；temp=getdata*25 ；shuid=0；temp=temp/64 ；LB=0 ；i=2 ； dispbuf0=10 ； dispbuf1=10 ；else if LB=0> && LA=1>> dispbuf2=0 ； dispbuf3=0 ；delay10ms>；ifyw=1>&&wd=0>> ifLB=0> && LA=1>> dispbuf+i=temp1 ；M1=1 ； M2=0 ；else ifyw=0>&&wd=1>> temp1=11；whiletemp/10> shuig=0； shuid=0；dispbufi=temp/10 ；LB=0 ；temp=temp%10 ； dispbuf+i=temp ；else if LA=0> ST=1 ；delay10ms>；ST=0 ；ifLA=0> P0=dispcodedispbufdispcount ；M1=1 ；P2=dispbitcodedispcount ；M2=0 ；dispcount+ ；temp1=0 ；ifdispcount=8> shuid=1； shuig=0；dispcount=0 ；LB=0 ； ifshuig=1> && shuid=0>> cnta+；3 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 3 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - ifcnta=800> alarmflag=alarmflag ； cnta=0；ifalarmflag=1> alarmflag=alarmflag ； SPK=SPK ；ifalarmflag=1> SPK=SPK ；else alarmflag=0 ；else ifshuig=0> && shuid=1>> cnta=0； cntb=0；cntb+； ifcntb=400> /完整的程序cntb=0；2、超声波测距仪硬件电路的设计2.1 超声波测距仪硬件电路硬件电路可分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分；2.1.1 超声波发射电路3-4 所示；发射电路主要有反向器CD4069和超超声波发射电路原理图如图声波发生换能器 T 构成,单片机 P1.0 的端口输出 40KHz 方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极,另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极；用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端,可以提精湛声波的发射强度；输出端采纳两个反向器并联,用以提高驱动才能；上拉电阻 R10,R11一方面可以提高反向器74lS04 输出高电平的驱动才能,另一方面可以增加超声波换能器的阻尼成效,缩短其自由震荡的时间；图 3-4 超声波发射电路原理图2.1.2 超声波检测接收电路集成电路 CX20226A是一款红外线检波接收的专用芯片,常用于电视机红外遥控接收器；考虑到红外遥控常用的载波频率 38KHZ与测距的超声波频率4 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 4 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 40KHZ较为接近,可以利用它制作超声波检测接收电路 <如图 3-5 ）；试验证明 用 CX20226A接受超声波 <无信号时输出高电平）,具有很高的灵敏度和较强的抗干扰才能；适当更换电容 才能；C4 的大小,可以转变接收电路的灵敏度和抗干扰图 5 图 3-5 超声波检测接收电路原理图 3、超声波测距仪系统程序的设计 3.1 超声波测距仪的程序设计 超声波测距器的软件设计主要由主程序,超声波发生子程序,超声波接受 中断程序及显示子程序组成；3.1.1 超声波测距器的算法设计图 4-1 示意了超声波测距的原理,即超声波发生器T 在某一时刻发出一个超声波信号,当这个超声波信号遇到被测物体后反射回来,就被超声波接收器 R所接收到；这样只要运算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时 间,就可以运算出超声波发生器与反射物体的距离；T R 图 4-1 超声波测距的示意图 距离的运算公式：d=s/2=c*t>/2 其中 d 为被测物与测距器的距离,波来回所用的时间；由于超声波也是一种声波,其声速s 为声波的来回路程, c 为声波, t 为声 c 与温度有关,表 4-1 列出了几种不同温度下的超声波声速,在使用时,假如温度变化不大,就可认为声速是基本不 变的,假如测距精度要求很高,就应通过温度补偿的方法加以校正；声速校正 后,只要测得超声波来回的时间,即可求得距离；表 4-1 不同温度下超声波声速表5 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 5 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 温度-30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速 c/m/s 313 319 325 323 338 344 349 386 3.1.2 主程序主程序第一是对系统环境初始化,设定定时器T0 工作模式为 6 位定时计数器模式,置位总中断答应位 EA并给显示端口 P0 和 P2 清 0；然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲,为了防止超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发,需要延时约 离的缘由）后,才打开外中断的晶振,运算器每计一个数就是0.1ms<这也就是超声波测距器会有一个最小测距 0 接收返回的超声波信号；由于采纳的是 12MHz1us, ,当主程序检测到接收胜利的标志位后,将计数器 T0 中的数 <即超声波来回所用的时间）按式 <1-2）运算,即可得被测物体与测距器之间的距离,设计时取20时的声速为 344m/s 就有D=c*t>/2=172T0/10000cm1-2 其中 T0 为计数器 T0 的计数值；测出距离后结果将以十进制 BCD码方式送往 LED显示约 0.5s ,然后再发超声波脉冲重复测量过程；为了有利于程序结构化和简洁运算出距离,主程序采用 C语言编写；图 4-1 为主程序流程图；开头系统初始化发射超声波脉冲等待反射超声波运算距离显示结果 0.5s 图 4-1 主程序流程图系统程序流程图 4-2 工作时,微处理器AT89S52先把 P1.0 置 0,启动超声波传感器发射超声波,同时启动内部定时器 T0 开头计时；由于我们采纳的超声波传感器是收发一体的,所以在发送完 16 个脉冲后超声波传感器仍有余震,为了从返回信号识别排除超声波传感器的发送信号,要检测返回信号必需在启动发射信号后 2.38ms才可以检测,这样就可以抑制输出得干扰；当超声波信号遇到障碍物时信号立刻返回,微处理器不停的扫描 INT0 引脚,假如 INT0 接收的信号由高电平变为低电平,此时说明信号已经返回,微处理器进入中断关闭定时器；再把定时器6 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 6 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 中的数据经过换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离；3.2 超声波发生子程序和超声波接收中断程序超声波发生子程序的作用是通过P1.0 端口发送 2 个左右超声波脉冲信号 <频率约为 40kHz 的方波）,脉冲宽度为12us 左右,同时把计数器T0 打开进行计时；超声波发生子程序较简洁,但要求程序运行时间精确,所以采纳汇编语 言编程；超声波测距器主程序利用外中断0 检测返回超声波信号,一旦接收到返回超声波信号 <即 INT0 引脚显现低电平）立刻进入中断程序；进入该中断程序后 立刻关闭计时器 T0 停止计时,并将测距胜利标志字赋值 1；假如当计时器溢出是仍未检测到超声波返回信号,就定时器 T0 溢出中断将外中断 0 关闭,并将测距胜利标志字赋值 4、焊接电路板2 以表示本次测距不胜利；5、运行调试 其中超声波发射和接收采纳 15 的超声波换能器 TCT40-10F1<T发射）和TCT40-10S1<R接收）,中心频率为40kHz,安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距 48cm,其余元件无特别要求；如能将超声波接收电路用金属壳屏蔽 起来,就可提高抗干扰才能；依据测量范畴要求不同,可适当调整与接收换能 器并接的滤波电容 C4的大小,以获得合适的接收灵敏度和抗干扰才能；制作完成并调试好后,便可将程序编译好下载到单片机试运行；依据实际 情形可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间,以适应不同距离的测量需要；依据所设计的电路参数和程序,测距仪能测的范围为 0.07 5.5m,测距仪最大误差不超过1cm；系统调试完后应对测量误差和重复一样性进行多次试验分析,不断优化系统使其达到实际使用的测量要求；调试留意事项 :a 超声波探头表面严禁用手及其它物体触摸以免产生信号 滞后性及损坏； b 全部 IC 器件最好拔下烙铁插头再焊接 , 以免损坏； c 按图安装完毕后接上 12V电源 , 测距部分只要安装正确 不必进行调试即可正常工作, 同时接收电路应用铁皮屏蔽以增加抗干扰的性能 . 以上全部芯片采纳 DIP 封装如要缩小体积全部器件可用贴片封装；d 使用留意事项 : 在测距中应保证测距仪与被测物体距离为定值 , 要和被测物体成一条直线 , 使测得距离读数的精确性. 五、试验小结：在这次的实习过程中最挑战我动手才能的一项训练就是焊接；焊接是金属加工的基本方法之一；其基本操作“ 五步法” 预备施焊,加热焊件,熔化焊料,移开焊锡,移开烙铁,看似简洁,实就需要长时间练习才能把握；刚开头的焊点只能用“ 丑不忍睹” 这四个字来形容,在不断挑战自我的过程中,焊接技术日趋成熟；当我最终能用最短时间完成一个合格焊点时,对焊接的惧怕早已消散,取而代之的是对自己动手才能的信心；在这一过程当中深深的感觉到,看似简洁的,实际上可能并非如此；.这次实习,使我更深刻地明白到了实践的重要性” ,通过实习他们更加体会到了“ 学以致用” 这句话的道理,最终体会到“ 实习前的自大,实习时的迷惘,实习后的感思” 这句话的含义了,有感思就有收成,有感思就有提高；对自己的动手才能是个很大的锤炼；7 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 7 页,共 8 页_归纳总结汇总_ - - - - - - - - - 实践出真知,纵观古今,全部创造制造无一不是在实践中得到检验的；没有足够的动手能 力,就奢谈在将来的科研特别是试验讨论中有所成就；在实习中,我锤炼了自己动手技 巧,提高了自己解决问题的才能；8 / 8 _精品资料_ - - - - - - -第 8 页,共 8 页