基于超声波的障碍物检测系统的设计实现

1、基于超声波的障碍物检测系统的设计实现哈尔滨工程大学背景：背景：n为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；目前较为常用的是压电式超声波发生器；通常用于小距离检测、障碍物检测等。目前已经广泛应用于小距离测距、机器人检测、车辆倒车雷达以及家居安防系统等领域。背景：背景：n声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间

2、可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。背景：背景：n假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，距离d可以由下列公式计算：nd=33550(cm/s)*t(s)n因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。目的：目的：n1、了解单片机最小系统的设计n2、了解单片机串行通信模块的设计n3、熟悉超声波发射、接受的工作原理n4、熟悉集成芯片CX20106A、7404的工作原理n5、熟悉数码管显示原理。任务及要求：任务及

3、要求：n结合单片机最小系统、7404、CX20106A等模块电路共同设计一个基于超声波的障碍物检测系统，能够检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯表示出来。1、焊接并调试单片机最小系统板2、焊接并调试7404、CX20106A等功能电路3、各电路联机调试，检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯或扬声器指示4、用数码管显示障碍物的精确距离，精度10%以内，最大距离2.0米总体框图：或或LEDLED灯灯硬件部分：n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三部分组成。采用STC89C51来实现对CX20106A红外接收芯片和7404的控制。单片机通过引脚经7404来控制超声

4、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。单片机系统及显示电路：单片机系统及显示电路：单片机系统及显示电路：超声波发射电路原理图：n压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部结构上图所示，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

5、成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。超声波发射电路原理图：超声波检测接收电路n电路采用集成电路CX20106A，这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与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。超声波检测接收电路n信号送到CX20106的脚，CX20106的总放大增益约为80dB，其脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.55V范围内。总增益大小由脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。但取值过大时将造成频率响应变差，C1为1uF。采用峰值检波方式检波电容C2为3.3uF。

6、R2为带通滤波器中心频率f0的外部电阻。积分电容C3取330pF。经CX20106处理后的脉冲信号由脚输出。系统程序设计系统程序设计n超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。超声波测距器的算法设计n超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。超声波测距器的算法设计n距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2nd为被测物与测距器的

7、距离，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间不同温度下的超声波声速表 主程序主程序n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。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用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,取20时的声速为344m/s则有：nd=(C*T0)/2=172T0/10000cm（其中T0为计数器T0的计数值）n测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。总体框图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和超声波接收中断程序n超声波发生子程序的作用是通过端口发送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