超声波测距离课程设计报告.docx

《超声波测距离课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波测距离课程设计报告.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、课 程 设 计 报 告题目:超声波测距离共 16 页第 - 10 - 页一、 绪论随着社会的进展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进展非接触测量和相对较高的精度，越来越受到人们的重视。超声波测距离的一个最重要的功能就是作用于倒车系统上。要实现倒车系统的准确精度，就得把超声波和单片机相结合，利用单片机的掌握系统和准确的运算使超声波测距离更加快速和准确。从而，削减事故的发生。通过该试验学习利用单片机和超声波探测元件测试距离的根本方法，进一步生疏单片机定时器技术、中断技术在数据采集和数据处理过程中的综合运用方法，提高综合应用程序的编程方法与技巧。放射器发出的 40KHz 超声波

2、以速度 v 在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其来回时间为 t，由 s=vt/2 即可算出被测物体的距离。报告内容包括：单片机掌握主程序、中断子程序、延时子程序和超声波放射、接收电路以及主电路。二、 对本课程设计的分析2.1 总体设计方案介绍2.1.1 超声波测距原理放射器发出的超声波以速度 v 在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其来回时间为 t，由 s=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速 v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，假设温度变化不大，则可认为声速是根本不变的。表 1-1 超声波波速与温度的

3、关系表温度-30-20-100102030100声速ms313319325323338344349386表 1-12.1.2 超声波测距仪原理框图如以下图单片机发出 40kHZ 的信号，经放大后通过超声波放射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进展检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进展判别、计算，得出距离数并送LED 显示。超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机掌握显示器超声波放射器放大电路图 1-1 超声波测距仪原理框图2.2 系统的硬件构造设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波放射电路和超声波检测接收电路三局部。单片

4、机承受AT89S51 或其兼容系列。承受12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用 P1.4 端口输出超声波换能器所需的 40kHz 的方波信号，利用外中断 P3.3 端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路承受简洁有用的 4 位共阳 LED 数码管，用 9012 驱动。2.2.1 51 系列单片机的功能特点及测距原理2.2.1.1 51 系列单片机的功能特点5l 系列单片机中典型芯片(AT89S51)承受 40 引脚双列直插封装(DIP)形式， 内部由 CPU，4kB 的 ROM，256 B 的 RAM，2 个 16b 的定时计数器 TO 和 T1， 4 个

5、 8 b 的工O 端 I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的 Flash 可编程、可擦除只读存储器(EPROM)，使其在实际中有着格外广泛的用途，在便携式、省电及特别信息保存的仪器和系统中更为有用。5l 系列单片机供给以下功能：4 kB 存储器；256 BRAM；32 条工O 线；2 个 16b 定时计数器；5 个 2 级中断源；1 个全双向的串行口以准时钟电路。空闲方式：CPU 停顿工作，而让RAM、定时计数器、串行口和中断系统连续工作。掉电方式：保存RAM 的内容，振荡器停振，制止芯片全部的其他功能直到下一次硬件复位。5l 系列单片机为很多掌握供

6、给了高度敏捷和低本钱的解决方法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的状况下构成功能完善的超声波测距系统。2.2.1.2 单片机实现测距原理单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波放射后遇到障碍物所反射的回波，从而测动身射和接收回波的时间差t，然后求出距离SCt2，式中的C 为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在 4 个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收力量将打算最小的可测距离。由于超声波属于声波范围，其波速 C 与温度有关。三、 主要电路模块的实现方案比较及选择3.1 超声波放射电路超声波放射电路原理图如图

7、2-2 所示。放射电路主要由反相器 74SL04 和超声波放射换能器 Lf 构成，单片机 P1.4 端口输出的 40kHz 的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，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提超群声波的放射强度。图 3-1 超声波放射电路原理图压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，假设两电极问未外加电压，当共振

8、板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波放射换能器与接收换能器在构造上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。3.2 超声波检测接收电路集成电路 CX20236A 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 38 kHz 与测距的超声波频率 40 kHz 较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路 (如图 2-3)。试验证明用CX20236A 接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰力量。适当更改电容 C7 的大小，可以转变接收电路的灵敏度和抗干扰力量。图 3-2 超声波

9、检测接收电路3.3 超声波测距系统的硬件电路设计本系统的特点是利用单片机掌握超声波的放射和对超声波自放射至接收来回时间的计时，单片机选用 AT89S51，经济易用，且片内有 4K 的 ROM，便于编程。单片机系统及显示电路原理图如见图 3-3。图 3-3 单片机系统及显示电路原理图四、 系统电路图图 4-1 系统电路图给出整个系统的电路图，并加以说明。要具体说明第 3 节中各模块如何组合在一起来实现系统功能的。当电源接电的时候由 AT89S51 单片机实现对 CX20236A 红外接收芯片的掌握。单片机通过 P1.4 引脚经反相器来掌握超声波的发送，然后单片机不停的检测 INT2 引脚，当 I

10、NT2 引脚的电平由高电平变为低电寻常就认为超声波已经返回。单片机开启外部中断使定时器关闭，定时器所计的数据就是超声波所经受的时间，通过运算就可以得到传感器与障碍物之间的距离，这时通过 BCD 码转换把十六进制的数据转换成十进制，并通过查表把距离显示在 LED 数码管显示器上。五、 系统的软件设计5.1 主程序流程图超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波放射子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等局部组成。主程序首先对系统环境初始化，设置定时器 T0 工作模式为 16 位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA 并给显示端口 P0 和 P2 清 0。然后调用超声波放射子程序送出超声波脉冲，为

11、避开超声波从放射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟一段时间，保持电平 12.5us 左右，也就是超声波频率大约为40KHZ，连续发送 15 个波形这也是超声波测距离会有一个最小可测距离的缘由后，才翻开外中断 1 接收返回的超声波信号。由于承受 12MHz 的晶振，机器周期为 1us，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器 T0 中的数即超声波来回所用的时间按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取 20时的声速为 340m/s 则有：d=C*T0/2=170*T0/10000cm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 码方式送到 LED 显

12、示管显示，然后再放射超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如以下图 5-1 所示：图 5-1 超声波测距离主程序流程图5.2 超声波放射子程序和超声波接收中断程序超声波放射子程序的作用是通过 P1.4 端口发送 15 个超声波信号，频率约40KHz 的方波，脉冲宽度为 12us 左右，同时把计数器 T0 翻开进展计时。超声波测距离主程序利用外中断 1 检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号INT2 引脚消灭低电平，马上进入中断程序。进入该中断后就马上关闭计时器T0 停顿计时，并将测距成功标志位赋值 1.，中断子程序流程图如图 5-2 所示：图 5-1 定时中断子程序流程图六、 结论超声波测距

13、仪的制作和调试都比较简洁，其中超声波放射和接收承受 15 的超声波换能器 TCT40-10F1T 放射和 TCT40-10S1R 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。假设能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰力量。依据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C0 的大小，以获得适宜的接收灵敏度和抗干扰力量。硬件电路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。依据实际状况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

14、测的范围为 0.065.5m，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全都性进展屡次试验分析，不断优化系统使其到达实际使用的测量要求。由于技术水平所限临时不能给该设计参加语音程序，假设能参加语音程序的话，就能使超声波测距离在倒车系统和其他领域中得到最完善的表达。超声波测距离在生活中的应用越来越广泛，且也使汽车在倒车的时候能最大可能的削减事故的发生。其有很高的开发的价值和格外广泛的应用领域，为提高生活和科学技术水平供给了选择。七、 课程设计过程中遇到的主要问题以及解决方法设计过程中遇到的困难一个接着一个，该试验不能在 Protus 上进展仿真试验的时候该怎么验证，程序的编写遇

15、到瓶颈的时候怎么解决，超声波怎么发怎么收，承受什么芯片，收到回波后怎么样计算。问题一：该试验不能在 Protus 上进展仿真由于我不知道怎么在 Protus 上仿真出超声波信号的放射和接收所以进展不了仿真，这时候只能通过查资料直接在 Protel 上画出该试验的整个电路图，先做出硬件之后才能进展试验。问题二：有些程序遇到瓶颈，不懂得该用什么指令来编写这时候都是往往实行问同学的方法来解决，结果，觉察根本上所生疏的同学也给不了我答案。所以，最终只能一条一条的去查资料，试了很多条指令，重整个程序串起来看的时候才找到解决的方法。这是最消耗我们两个人心力的部 分。问题三：发不出去通过程序调整占空比，发送

16、问题四：不知接没接到回波设置接收成功标志位，标志位为 1 时才标明接收到回波问题五：收到了怎么计算d=C*T0/2=170*T0/10000cm其中 T0 为计数器 T0 的计数值八、 心得体会超声波测距离一个生疏的字眼，中选择它的时候我还不知道它的原理是什么，我只知道雷达探测就是用的超声波原理。我也想过会遇到的很多问题，没想到由于自己根底学问的薄弱，做起来会这么的难。一度电路焊接老是出问题，最终还得去刻电路板才最终做出硬件。程序的编写由于都是我们两个自己通过查找很多资料和问了很多同学才一步一个坎，一步一个脚印，最终到达了我们所想要的结果。过程很困难，但是看着自己所做出来的成果，又感觉真的很快

17、活。通过该试验，我们生疏的到了单片机在掌握领域中的强大作用，也使我们加深了所学的单片机学问。为我们以后的就业和学习供给了很多的根底。附录超声波测距离程序清单TZ_1MSEQU40HORG SJMP ORG0000H MAIN 0013HLJMPSUB_1MAIN:MOVTZ_1MS,#30;设置发送个数，个数为 TZ_1MS 除以 2MOVTMOD,#01H;设置定时器 T1，为方式 1MOVTH1,#00H;定时器初值设置MOVTL1,#00HMOV30H,#0;距离缓冲区初始化MOV31H,#0MOV32H,#0CLRTF1;去除 T0 溢出标志CLRF0;去除接收成功标志位SETBEA;

18、开启总中断CLRIT1;外部中断设为电平触发方式SETBTR1;开启定时器 T1L1:CPLP1.4;P1.4 取反，放射超声波NOP;保持电平 12.5us 左右，也就是频率大约为 40MHZNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPDJNZTZ_1MS,L1 SETBEX1L2:JNBTF1,L3 SJMPL4L3:JNBF0,L2;15 个波形发送完没?没就接着发送;15 个波形发送完后，就开启外部中断 1;定时器 T1 是否有溢出，假设没就跳转到 L3;定时器 T1 有溢出,就跳转到 L4;接收成功标志位是不否 1，假设没就跳转到 L2CALL CALL CALL CALL

19、 CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL CALL LJMPL4:CLRCLR LJMPCHENGFA CHUFA BCD DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY DPLY MAINTR1EX1 MAIN;接收成功后，就调用双字节乘法模块;调用双字节除法模块;调用双字节 BCD 码转换模块;屡次调用显示子程序，保证显示稳定;显示完之后，跳转到 MAIN 连续循环;关闭定时器 T1;关闭外

20、部中断;跳转到 MAIN 连续循环;外部中 0 断子程序:SUB_1: CLRTR1;关闭定时器 T1CLREX1;关闭外部中断SETBF0;接收成功标志位为 1MOVR0,TH1;定时器高 8 位送给 R0MOVR1,TL1;定时器低 8 位送给 R1RETI;乘法模块CHENGFA:MOVA,R1MOVB,#11HMULABMOVR4,AMOVR3,BMOVA,R0MOVB,#11HMULABADDA,R3MOVR3,AMOVA,BADDCA,#00HMOVR2,ARET;除法模块CHUFA:MOVR0,#27HMOVR1,#10H MOVB,#24 MOVR5,#0MOVR6,#0 MO

21、VR7,#0COM:CLRCMOVA,R4RLCAMOVR4,AMOVA,R3RLCAMOVR3,AMOVA,R2RLCAMOVR2,AMOVA,R6RLCAMOVR6,AMOVA,R5RLCAMOVR5,ACLRCMOVA,R6 SUBBA,R1MOVR7,A;暂存差值MOVA,R5 SUBBA,0 JCNEXT INCR4MOVR5,AMOVA,R7MOVR6,A NEXT: DJNZB,COMMOVA,R3MOVR0,AMOVA,R4MOVR1,A RET;BCD 码转换模块: BCD:MOV R2, #0MOV R3, #0MOV R5, #16 LOOP: CLRCMOVA,R1RL

22、CAMOVR1,A MOVA,R0 RLCA MOVR0,A MOVA,R3 ADDC A,R3 DA AMOVR3,AMOV A,R2 ADDC A,R2 DA AMOVR2,A DJNZR5,LOOP MOVB,#16 MOVA,R3DIVAB MOV30H,R2MOV 31H,A MOV 32H,B RET;显示模块:DPLY:MOVR1,#11111110BMOVDPTR,#TAB;表首地址送给 DPTRMOVR0,#30H;缓冲区首地址送给 R0DPLY1:MOVA,R0;送对应缓冲的内容给 AMOVCA,A+DPTR;查表，查取对应的字形码MOVP0,A;送到 P0 口，进展显示MOVP2,R1;选中要显示的位CALLDELAY;延时一段时间MOVP0,#0FFH;关闭显示MOVP2,#0FFHMOV RL AMOVA,R1;处理下一次要显示的位R1,AINCR0;缓冲地址加 1CJNER0,#33H,DPLY1;3 位是否都显示完毕，没有就连续循环显示RET;显示完毕后返回TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END