机电一体化(超声波测距)(共25页)

1、 机电一体化课程设计说明书 目录(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc409365531 1.课程设计目的(md) PAGEREF _Toc409365531 h 1 HYPERLINK l _Toc409365532 1.1.设计(shj)的意义 PAGEREF _Toc409365532 h 1 HYPERLINK l _Toc409365533 2.内容及要求 PAGEREF _Toc409365533 h 2 HYPERLINK l _Toc409365534 4.1.设计内容 PAGEREF _Toc409365534 h 2 HYPERLINK

2、l _Toc409365535 4.2.设计要求 PAGEREF _Toc409365535 h 2 HYPERLINK l _Toc409365536 4.3.超声波测距应用： PAGEREF _Toc409365536 h 3 HYPERLINK l _Toc409365537 3.系统工作原理 PAGEREF _Toc409365537 h 4 HYPERLINK l _Toc409365538 4.系统框图 PAGEREF _Toc409365538 h 7 HYPERLINK l _Toc409365539 4.1.超声波测距系统框图 PAGEREF _Toc409365539 h

3、7 HYPERLINK l _Toc409365540 4.2.超声波发送与接受时差波形图 PAGEREF _Toc409365540 h 7 HYPERLINK l _Toc409365541 5.单元电路设计原理 PAGEREF _Toc409365541 h 8 HYPERLINK l _Toc409365542 5.1.发射部分电路 PAGEREF _Toc409365542 h 8 HYPERLINK l _Toc409365543 5.2.接收部分的电路 PAGEREF _Toc409365543 h 9 HYPERLINK l _Toc409365544 5.3.单片机外围电路原

4、理图 PAGEREF _Toc409365544 h 11 HYPERLINK l _Toc409365545 5.4.软件设计流程图 PAGEREF _Toc409365545 h 14 HYPERLINK l _Toc409365546 6.调试与下载 PAGEREF _Toc409365546 h 15 HYPERLINK l _Toc409365547 6.1.Keil软件介绍 PAGEREF _Toc409365547 h 15 HYPERLINK l _Toc409365548 6.2.程序调试 PAGEREF _Toc409365548 h 15 HYPERLINK l _Toc

5、409365549 6.3.设计中的问题及解决方法 PAGEREF _Toc409365549 h 16 HYPERLINK l _Toc409365550 7.设计总结 PAGEREF _Toc409365550 h 17 HYPERLINK l _Toc409365551 8.参考文献 PAGEREF _Toc409365551 h 18 HYPERLINK l _Toc409365552 附录1:相关程序 PAGEREF _Toc409365552 h 19 HYPERLINK l _Toc409365553 附录2:实物照片 PAGEREF _Toc409365553 h 22 HYP

6、ERLINK l _Toc409365554 附录3:原理图 PAGEREF _Toc409365554 h 23课程设计目的(md)通过机电一体化课程设计，使我们掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则(yunz)及相应的硬件调试的方法。进一步理解超声波及检测系统的设计和应用。机电一体化系统综合设计课程设计是大学生在完成(wn chng)专业课学习后,一个重要的综合性、实践性教学环节，总的目的是在老师的指导下,使学生通过课程设计,对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查复习和提高,并运用所学理论,通过调研,设计一个机电控制方面的课题,受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解

7、决具体问题的能力,具体有以下几点：1、通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、使用资料的方法和能力。2、通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课,专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案, 分析具体问题、进行工程设计的能力。 3、了解元器件的基本用途和方法，学会独立设计制作控制电路，积累更多设计经验，加强实际动手能力。设计的意义随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设

8、好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 内容(nirng)及要求设计(shj)内容 设计一个超声波测距系统，通过超声测距仪的原理是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立

9、即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断(zhngdun)停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(t/2)*C 式中 L要测的距离 T发射波和反射波之间的时间间隔 C超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。设计要求 设计一套基于单片机控制的超声波测距系统（1）、绘制远程超声波测距系统电路图，分析电路工作原理；（2）、绘制电路PCB图（3）、控制系统电路的制作（4）、安装调试（5）、编写设计说明书； 本次设计采用40KHz的超声波发射和接

10、收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。实现功能要求：包括以下内容： 超声波收发传感器 四位LED数码显示(也可用LCD）； 四位按键（四个按钮和蜂鸣器属于功能预留，程序中无定义） 电源部分使用计算机USB的5V电源或外接5V电源输入测量范围可达0.015米， 测量精度为1厘米 加温度补偿电路超声波测距系统(xtng)的安装，调试超声波测距应用(yngyng)：超声波流量计：测量水的流速，这是因为超声波是一种机械波，依靠介质才能传播，其传播方向(fngxing)受介质运动影响，因此，水可以改变传播方向。进而可以做出超声波流量计，可应以自来水

11、、工业用水、农业用水等进行测量。还适用于下水道、农业灌渠、河流等流速的测量。超声波测距仪：用以测量液位、井深、管道长度、建筑测量、厚度测量等。报警器：盲人探路器、防盗报警等定位系统：用以探测超声波发射源位置，在生活中有重要意义，如人说话、呼吸的时候不光产生声波，同样也会产生部分超声波，呼出的气体分子与空气分子碰撞就产生超声波。气管漏气，轮胎漏气，阀门泄漏、阀门气蚀、齿轮运行、电晕放电等都会产生超声波。通过接收器看以看出哪里有漏洞。系统工作(gngzu)原理设计的整体框图如图1所示，主要由超声波发射，超声波接收与信号转换，按键显示电路与温度传感器电路组成。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到

12、障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离L=CT2，式中的C为超声波波速。在常温下，空气中的声速约为340ms。由于超声波也是一种声波，其传播速度C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为(rnwi)声速是基本不变的。因为本系统测距精度要求很高，误差25V时，运放A的输出电压VA=+12V，运放B的输出电压VB=-12V，当输入信号Vi25V时，运放A的输出电压 VA=-12V，运放B的输出电压VB=+12V，所以在超声传感器两端得到两个极性完全相反的对称波形，即VB=-VA，所以加在超声波传感器两端的电压V=VA-VB=2VA，其两端的电压可达到24V，从而

13、保证超声波能够发送较远的距离，提高了测量量程。图3 超声波传感器的发射电路接收部分的电路接收部分的电路由放大电路，带通滤波电路以及信号变换电路组成。放大电路和带通滤波电路如图4所示。由于超声波信号在空气中传播时受到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号非常的微弱，不能直接送到后级电路进行处理，必须将信号放大到足够的幅度，才能使后级电路对它进行正确的处理。前置放大(fngd)电路是由集成运放组成的自举式同相交流放大电路，具有很高的输入阻抗，C5，C6，C7为隔直电容，R5，R6，R7为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。带通滤波器采用二阶RC有源滤波器，用于消除超声波传播过程中受到的干扰信号的

14、影响。该电路为二阶压控电压源带通滤波电路，图4中RW，C10组成低通滤波网络，C9和R12组成高通滤波网络，两者串联组成了带通滤波电路。集成运放和电阻R9，Rl0一起组成同相比例放大器，为了使电路能够稳定工作，必须保证同相比例放大器的增益AV0;x-) for(y=110;y0;y-);/*/*延时uS函数*/void delay_uS(uint z) while(z-);/*/*计算(j sun)距离函数*/void count(void) time=TH0*256+TL0; /检测(jin c) 所需时间 TH0=0; TL0=0; s=time*Vs*1.12; / 计算距离(jl)，算

15、出来的单位是CM b0=table2s/1000; b1=table2s%1000/100; b2=table2s%100/10; / b3=table2s%10; b3=0;/*/*T0中断函数*/void Time0() interrupt 1 /T0中断用作计数器溢出，超出测距范围 flag=1; /中断溢出标志/*/*启动模块函数*/void startmodle(void) /启动检测模块 Trig=1; /启动一次检测模块 delay_uS(20); Trig=0; /停止向检测模块Trig端发送高电平/*/*中断初始化函数*/void InterruptInit(void) /中

16、断初始化 TMOD=0 x01; /高T0工作方式为方式1，GATE=1 TH0=0; TL0=0; ET0=1; /允许T0中断 TR0=0; EA=1; / 开启总中断/*/*主函数*/void main(void) Rom_CS=1; lcd_cs1=0; initial_lcd(); clear_screen(); /clear all dots while(1) display_GB2312_string(3,1,所测距离(jl)：);/*在第1页，第1列，显示(xinsh)一串16x16点阵汉字或8x16的ASCII字*/display_GB2312_string(3,74,b);

17、 /*显示(xinsh)一串16x16点阵汉字或8x16的ASCII字.以下雷同*/display_GB2312_string(3,100,厘米);readtemp();Tn=sdate;InterruptInit(); /中断初始化 startmodle(); / 启动检测模块 while(!Echo); /当接收为零时等待 TR0=1; /开启计数 while(Echo); /当接收为1计数并等待 TR0=0; /关闭计数Vs=(331.5+0.61*Tn)/2000; count(); /计算距离 delay(500); /延时80MSdisplay_GB2312_string(3,1,所测距离：);/*在第1页，第1列，显示一串16x16点阵汉字或8x16的ASCII字*/display_GB2312_string(3,74,b); /*显示一串16x16点阵汉字或8x16的ASCII字.以下雷同*/display_GB2312_string(3,1