超声波测距模块的设计和开发分析

1、超声波测距模块的设计和开发分析    【摘要】    实现声波测距必须避开直接测量时间的方法，才能获得实用的测长精度。这里利用单片机计数的方法，间接测量时间，可以把声波传播的时间精度提高到所需的准确度。也就是对渡越时间的计算。        1、独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可以实现微处理器与DSB1820的双向通讯 2、在使用中不需要任何外围元件。 3、测温范围：-55 C到+125 C，固有测温分辨率0. 5

2、 C (最高可达0.01 C)。 4、转换温度时间小于1s。 5、测量结果以9位数字量方式串行传送 DS18B20与单片机的接口极其简单，只需将DS18B20的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。应注意将三线焊接牢固。如图3-13。 图3-13 测温电路的连接 电路原理图见附录2。 3.9本章小结 本章分析例如超声波测距系统的各模块的电路设计，其中包括了电源、发射电路、接收电路、温度测量单元、显示单元等。下一章节进行系统各模块的程序设计。 第4章 系统程序设计 超声波测距系统的软件主要由主模块、超声波发生模块、超声波接收模块、显示模块及距离计算模块构成。主模块用于循环检测并且保存测量的结果以

3、及计算的相关参数于寄存器中；超声波发生模块主要是通过控制三极管导通来控制超声波的发送；超声波接收模块主要用于停止定时器计时，转存计时值并置位接收成功接收标志位而显示模块则主要是显示超声波测量的距离。本章介绍一下各程序设计过程。 4.1软件功能模块的划分 本测距仪的软件设计必须充分考虑到AT89C51的硬件和软件特点，同时充分利用其内部资源包括存储器资源、功能部件等。其程序主要包括五个功能模块：主模块、超声波发射、超声波接收、距离计算模块及显示模块。图4-1形象地描述了各模块功能及相互之间的关系。 图4-1各程序模块及关系 4.2 主程序的分析设计 主模块主要分为初始化子程序及各子程序的调度管理

4、等部分。其工作流程是：上电后首先对系统进行初始化（此时555起振，T0也开始计时），紧接着调用显示子程序，显示完后判断有没有超声波被接收，若有，则停止计时并将计时值送入距离计算子程序，然后将所测距离显示，并且显示当前温度。 主程序流程图如图4-2 。首先是初始化程序，然后置单片机P1.0为高电平，发射超声波信号。然后开启计数通道，等待接收回波，当P3.2为低电平，检测到回波，不过这时要分析盲区和是否接收的是串绕波（发射波未经过障碍物直接绕射到接收换能器上）。 图4-2 主程序流程图 程序代码见附录1。 4.3 外部中断程序 超声波接收模块主要有外部中断子程序来实现。其主要过程是：当有外来信号输

5、入时，将触发外中断，向CPU申请中断进入外中断子程序后，第一，关定时器停止计时及关所有中断；第二，将定时器的计时值载入处理单元；第三，置成功接收标志位。中断服务程序是响应单片机的外部中断。在系统硬件中，发射的40kHz脉冲信号遇到障碍物反射后，经接收检测电路产生外中断信号至单片机。在中断服务程序中，要从把进入中断服务程序处的计数值读出并保存在RAM中，再对该数据进行处理，计算得到相应的距离值，并转换为十进制，最后送到P0口显示输出。中断程序流程如图4-3。测距中断函数使用高中断优先级的Timer1（16bit）,显示函数使用低中断优先级的Timer2（16bit），Timer0用作波特率发生器。 图4-3 外部中断程序流程图 4.4 T0中断子程序 这部分的程序较简单，主要是由定时器T0来实现。具体控制是这样的：555的复位端口接在单片机的某一端口上，只要单片机通过向这各端口发送高低电平来控制超声波的发送与不发送，就可以实现计时器与发送超声波的同步。当定时器一中断，进入中断程序除了重装初值外还有一个任务就是向P1.0发一个高电平允许555振荡，产生超声波并通过探头向外发出，然后开启定时器允许中断，最后返回，具体见其流程图44所示。 图4-4 T0中断子程序 4.5 温度校正     实现声波测距必须避开直接测量时间