基于单片机控制的超声波雷达系统.doc

基于单片机控制的超声波雷达系统摘要 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到实用的要求，因此在日常生活中得到了广泛的应用。关键词 单片机 超声波 传感器 测量距离一 设计思路超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=CT。式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。本设计通过从单片机TX脚（P3.3）输出40KH的方波信号，即从该引脚连续发出高低电平，产生方波，方波的个数一般为10个左右，发出后启动定时器，开始计时，此时，超声波发射头（T端）开始发出超声波，当发出的超声波被前方的障碍物返射回来，返射回来的超声波被接收探头（R）接收到，此时，单片机的RX引脚（P3.2）会产生一个从高电平到低电平的跳变，从而引起中断。此时，停止计时，保存计时的时间。在本设计中我们根据以下公式：测量距离= (时间*声速( 340M/S ) ) / 2 可以算出测量距离。然后我们再通过一定的函数算法和C语言子程序的调用与整合，使测量距离显示在事先设计好的数码管显示电路上。本设计的精度为0.1cm。本设计用Stc8989c52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现数码管数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图二、系统组成 系统主要有软件部分和硬件部分组成。1.硬件部分介绍硬件部分主要由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等三部分组成。采用 stc89c52 单片机来实现对CX20106A红外接收芯片和CD4609系列超声波转换模块的控制。单片机通过P3.3引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。本设计利用的是压电超声波转换器，其原理是：利用压电晶体谐振工作。它有两个压电晶片和一个共振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。硬件部分电路图如下：a.超声波发射电路b.单片机控制电路c.超声波接收电路图2.软件部分介绍软件部分主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分组成。超声波发生子程序的作用是通过P3.3端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T0打开进行计时。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（INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值0以表示此次测距不成功。a. 以下是程序流程图b. 以下是本设计的程序部分：#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit Tx = P33; /产生脉冲引脚sbit Rx = P32; /回波引脚sbit fmq=P17;uchar code SEG710=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90；uint distance4; /测距接收缓冲区uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; /自定义寄存器bit succeed_flag; /测量成功标志void conversion(uint temp_data) /显示数据转换程序 uchar ge_data,shi_data,bai_data ; bai_data=temp_data/100 ; temp_data=temp_data%100; /取余运算 shi_data=temp_data/10 ; temp_data=temp_data%10; /取余运算 ge_data=temp_data; bai_data=SEG7bai_data; shi_data=SEG7shi_data&0x7f; ge_data =SEG7ge_data; EA=0; bai = bai_data; shi = shi_data; ge = ge_data ; EA=1; /20us延时函数 void delay_20us() uchar bt ; for(bt=0;bt38;bt+); /500us基准延时程序 void delay500us() unsigned char j; for(j=0;j57;j+) ; /1ms基准延时程序void delay1ms(unsigned int i)unsigned char j; while(i-) for(j=0;j115;j+) ; /产生1KHZ频率声音的函数void beep() fmq=0;delay1ms(500);fmq=1;delay1ms(500); / 主程序void main(void) uint distance_data,a,b; uchar CONT_1; i=0; flag=0;Tx=0; /首先拉低脉冲输入引脚TMOD=0x11; /定时器0，定时器1，16位工作方式TR0=1; /启动定时器0 IT0=0; /由高电平变低电平，触发外部中断ET0=1; /打开定时器0中断EX0=0; /关闭外部中断EA=1; /打开总中断0while(1) /程序循环 EA=0; Tx=1; delay_20us(); Tx=0; /产生一个20us的脉冲，在Tx引脚 while(Rx=0); /等待Rx回波引脚变高电平 succeed_flag=0; /清测量成功标志 EX0=1; /打开外部中断 TH1=0; /定时器1清零 TL1=0; /定时器1清零 TF1=0; / TR1=1; /启动定时器1 EA=1; while(TH1 50);/等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现） TR1=0; /关闭定时器1 EX0=0; /关闭外部中断 if(succeed_flag=1) distance_data=outcomeH; /测量结果的高8位 distance_data=3) CONT_1=0; b=a; conversion(b); if(b0&b200) fmq=0; delay1ms(100); fmq=1; i=0; /外部中断0，用做判断回波电平INTO_() interrupt 0 / 外部中断是0号 outcomeH =TH1; /取出定时器的值 outcomeL =TL1; /取出定时器的值 succeed_flag=1; /至成功测量的标志 EX0=0; /关闭外部中断 /定时器0中断,用做显示timer0() interrupt 1 / 定时器0中断是1号 TH0=0xfd; /写入定时器0初始值 TL0=0x77; switch(flag) case 0x00:P0=ge; P2=0x7f;flag+;break; case 0x01:P0=shi;P2=0xbf;flag+;break; case 0x02:P0=bai;P2=0xdf;flag=0;break; 本设计当测出的距离小于20cm时，单片机通过调用一个1000HZ的音频子程序发出周期性的声音警报，同时伴随LED警示灯周期性的闪烁，从而起到报警作用。三小结利用本系统对0cm60cm范围进行了多次测试，经补偿后最大误差达1cm，线性度、稳定性和重复性都比较好。系统具有结构简单、体积小、实时数码管显示和报警、抗干扰性能好等优点。系统的误差主要来自于发射探头发出的超声波是呈喇叭状扩散传播、被测物的表面不光滑且不一定垂直于两