超声波测距系统设计

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！专业课综合课程设计说明书目录1绪论................................................................31.1课题研究背景...................................................31.2课题设计目的及意义.............................................31.3课题设计任务与要求.............................................32方案选择的论证和选择.................................................52.1设计方案一....................................................52.2设计方案二....................................................52.3方案设计三....................................................63设计原理..............................................................74硬件设计..............................................................84.1整体电路设计...................................................84.2超声波测距系统设计..............................................94.2.1超声波发射器的注意事项...................................94.2.2超声波发射与接收装置....................................104.3显示电路设计..................................................114.4稳压电源设计..................................................124.5硬件电路设计优化...............................................134.5.1提高测距的范围..........................................134.5.2发射探头和接收探头间的影响..............................134.5.3超声波的衰减............................................144.5.4系统干扰因素............................................145软件设计流程图.....................................................175.1主流程图.....................................................175.2温度读取程序.................................................175.3LCD显示程序..................................................185.4外中断服务程序...............................................195.5超声波发射接收程序...........................................1915.6键扫子程序...................................................206设计心得.............................................................21参考文献...........................................................22附录..................................................................23程序清单..........................................................2321绪论1.1课题研究背景超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。近年来，随睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵量，适用于建筑物内部、液位高度的测量等。1.2课题设计目的及意义升后，对一些精密设备的测量也将起到良好的效果。1.3课题设计任务与要求设计一超声波测距仪，任务：1）了解超声波测距原理。2）根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路。设计一超声波测距仪，要求：1）设计出超声波测距仪的硬件结构电路。2）对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从3而实现利用超声波方法测量物体间的距离。对设计的电路进行分析。以数字的形式显示测量距离。4/2………2.1DCT图2-1采用单片机来控制的超声波测距仪5点是方案中需要一块FPGA,一块双口RAM,还需要一块用来存储波形数据的EEPROM，那么设计的成本较高。同时在FPGA中还要用硬件描述语言(VHDL语言EPM7128SLC84-15在软件实现起来编程也复杂。2.3方案设计三用的滤波器通带可变，实现很困难。它的原理如图2-2所示：in环路滤波器压控振荡器LFR分频晶振VCOfv可变分频器N图2-2超声波原理图综上所述，因此选择第一种设计方案。6反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：/2D7图4-2超声波发送原理图4.2.1超声波发射器的注意事项9tScos2采用HC-SR04超声波收发模块，它可提供2cm--400cm的非接触式距离感测度的图4-4HC-SR04电气参数4.3显示电路设计在单片机应用系统中，LED数码管的显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I／O电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时,再发送新的字形码，因此，使用这种方法较为简单与便利。可以提供单独锁存的／O接口电路很多，常用的就是通过串口外接串并转换器74LS164，扩展并行的／O口。需要几个数码管就扩展几个并行接口，数码管直接接在74LS164的输出脚上，单片机通过串口将要显示数据的字形码逐一的串行移出至74LS164的输出脚上数码管就可以显示相应的数字。在显示电路的设计上，利用单片机的P0～P2口来控制数码管显示，这种接电平发亮。显示及其驱动电路的原理图见图4-5。11图4-5数码管显示电路图4-6稳压电源(4-1)(4-2)13样，就有效的避免了干扰，但另一方面也形成了20cm左右的“盲区”。超声波的衰减4.5.3叫超声波的衰减。引起超声波衰减的主要原因有：（1:超声波在传播过程中，由于声束的扩散能量逐渐分散，从而至声源的距离的增加而减弱。（2）散射衰减:当声波要传播过程中遇到由不同声阻抗介质所组成的界面复杂的路径传播下去，最终变为热能。（3）粘滞衰减:声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性造成近质点之间的内摩分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。料在同样的仪器灵敏度下，观察它们的底面反射波的次数，底波次数多的材料，上定量计算的表示方法，即用衰减系数来表示声波的衰减。系统干扰因素4.5.4测量装置的干扰来自多方面。机械振动或冲击会对传感器产生严重的干扰;光线对测量装置中的半导体器件会产生干扰;温度的变化会导致电路参数的变:4-8：14电电信磁干源干道干扰扰扰单片机测量图4-8产生误差的途径（1）电磁干扰中，通道中各元器件产生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。ZZZ（2）电源干扰发电机、电动机、大功率继电器、电台等的感应引起，其强度远小于电源接地系统和U0系统的干扰，这种干扰可采用良好的屏蔽与正确的接地、高频滤波加以抑制。因此，在微机系统中，供电系统与v0通道的干扰是问题的主要方面。（3）供电系统干扰及其抗干扰之为尖峰电压。它会影响测量装置的正常工作。（4）电网电源噪声把供电电压跳变的持续时间At>lslms<At<ls如电机在开关机时所产生的感应电动势。供电电压跳变时间的持续时间At<lms的被称为尖峰噪声。（5）供电系统的抗干扰15供电系统常采用下列几种抗干扰措施:①交流稳压器。它可消除过压、欠压所造的影响，保证供电的稳定。②隔离稳压器。由于浪涌和尖峰噪声主要成份是高频分量，它们不通过变用屏蔽层隔离，减少级间祸合电容，从而减少高频噪声的窜入。③50Hz50HZ市电基波，则通过整流滤波后也能够完全滤除。④独立功能块单独供电。在电路设计时，有意识地把各种不同功能块的电耦合所造成的干扰.在本系统中就采用了这种电源的配置。接地系统的设计测量的多点相也会产生环电流.环路电流会与其它电路产生祸合。所以，认真设计地线和接地点对于系统的稳定是十分重要的。165超声波测距仪的软件设计主要由主程序、温度读取程序、LCD显示程序、外中断服务程序、超声波发射接收程序、键扫子程序组成。我们在这里采用C语言进行编程。5.1主流程图温度输入手动控制实时控制NONONOYesYes图5.1主流程图5.2温度读取程序17命令图5.2温度检测程序5.3LCD显示程序18开始初始化写数据函数延时图5.3LCD显示流程图5.4外中断服务程序关定时器关中断读取时间返回图5.4外中断服务程序5.5超声波发射接收程序19定时器发射超声波停止发返回图5.5超声波发射程序5.6键扫子程序是否有键按下NO返回图5.6键扫子程序206量物体间的距离。以数字的形式显示测量距离。射。电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机控制HC-SR04超声波发射与接收模块进行信号的发射与接收。显示电路采用LC1602液晶管进行数字显示。电路中除集成电路外，对各电子元件也无特别要求。21参考文献[1]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.6.[2]康华光.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2004.1.[3]张培仁.基于C语言编程的MCS-52单片机原理与应用.社,2003.4.[4]2001.7.[5]瞿金辉,周蓉生.超声波测距系统的设计[J].中国仪器仪表,2007.8.[6]袁佑新,吴妍,,等.可视汽车倒车雷达预警系统设计[J].微计算机信息，2006.10.[7]华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002.5[8]李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1993.6[9]陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术第二版社，1999.422程序清单#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlonguintc=340;//定义10度时声音的速度//ulongl,time;charii=1,k=80,aa;chart,ts,tg,lb,ls,lg,lsf,fh,cb,cs,cg;sbitRW=P2^1;//定义LCD读/写选//定义LCD数据/命令选//定义LCD使择端//sbitRS=P2^0;择端//sbitE=P2^2;能端//sbitk3=P1^2;sbitk4=P1^3;sbitsg=P3^7;//定义超声波射引//定义超声波控制脚//sbitctl=P3^5;引脚//uchartplsb,tpmsb;//温度值低位、高位字//DS18B20数据通节//sbitDQ=P3^6;信线//23ulongtp,sw,gw,sfw,bfw,tppp;uchar*p;voiddelay(uinti)//延时程序//{while(i--);}//*******产生复位脉冲初始化DS18B20*******//voidTxreset(){DQ=0;delay(100);//拉低约900US//DQ=1;//产生上升沿//delay(4);}//*******等待应答脉冲*******//voidRxwait(){while(DQ);while(DQ==0);//检测到应答脉冲//delay(4);}//*******读取数据的一位，满足读时隙要求*******//bitRdbit(){uinti;bitb;DQ=0;i++;//保持至少241US//DQ=1;i++;i++;//延时节15US以上，读时隙下降后15USDS18B20输出数据才有效//b=DQ;i=8;while(i>0)i--;return(b);//读时隙不低于60US//}//*******读取数据的第一个字节*******//ucharRdbyte(){uchari,j,b;b=0;for(i=1;i<=8;i++){j=Rdbit();b=(j<<7)|(b>>1);}return(b);}//*******写数据的第一个字节，满足写1和写0的时隙要求*****//voidWrbyte(ucharb){uinti;ucharj;bitbtmp;for(j=1;j<=8;j++){btmp=b&0x01;b=b>>1;//取下一位（由低位向高位）//if(btmp){DQ=0;i++;25i++;//15US以内拉//整个写1时隙不低于高//DQ=1;i=8;while(i>0)i--;60US//DQ=1;i++;i++;}else{DQ=0;i=9;while(i>0)i--;//保持低在60至120US之间//DQ=1;i++;i++;}}}//启动温度变换//voidconvert(){Txreset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20//Rxwait();//等待DS18B20给出的应答脉冲//Wrbyte(0xcc);Wrbyte(0x44);//skiprom//convertT命令//命令//}26//温度读取值//voidRdtemp(){Txreset();//产生复位脉冲，初始化DS18B20//Rxwait();//等待DS18B20给出的应答脉//skiprom冲//Wrbyte(0xcc);Wrbyte(0xbe);tplsb=Rdbyte();命令//命令////convertT//温度值低位字节//tpmsb=Rdbyte();}//温度高位字节//date(){tp=tpmsb*256+tplsb;sw=tp*625/100000;//读取温度十//读取温度个位//位//位//位//gw=tp*625%100000/10000;sfw=tp*625%100000%10000/1000;bfw=tp*625%100000%10000%1000/100;//读取温度十分//读取温度百分tppp=sw*10+gw;}vmain(){delay(100);//延时27程序//转换//convert();//启动温度//读取delay(100);Rdtemp();温度//delay(100);date();}//************液晶显示***************//voidwritercom(ucharq)//写命令//{E=1;RS=0;RW=0;P0=q;E=0;delay(20);}voidwriterdata(ucharo)//写数据//{E=1;RS=1;RW=0;P0=o;E=0;delay(20);}voidwriter_d(uchar*u)//写数据串//{while(*u)28writerdata(*u++);}voidxsinit(void){writercom(0x01);writercom(0x38);//使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型//writercom(0x0c);writercom(0x06);}////光标从左往右移，内容琐//不移//voidinptt(){while(1){vmain();writercom(0x80);writer_d("TadayTp:");writerdata(sw+0x30);//LCD显示温度//LCD显示温度十位//writerdata(gw+0x30);writerdata('.');别个位//数点//分位//分位////LCD显示温度十小//LCD显示温度十//LCD显示温度百writerdata(sfw+0x30);writerdata(bfw+0x30);writerdata(0xdf);writer_d("C");writercom(0xc0);writer_d("PleasepressK4");if(k4==0)break;}29}//**********超声波发射程序************//voidsen(){uchartimes=0;TMOD=0x12;IE=0x84;定时器1工作在定时方式1，定时器0工作在定时方式2////中断设置//TH0=244;TL0=244;TR0=1;TR1=1;//开定时器//while(1){while(TF0==0);sg=~sg;times++;TF0=0;if(times==20)break;}//翻转2010个脉冲信号的超声波//TR0=0;times=0;}//**********外中断服务程序************//rec()interrupt2using2//接收中断程序//{TR1=0;//关计数器//ctl=0;time=TH1*256+TL1;//算出t的值，t的单位为us//l=time*c/2;30TH1=0;TL1=0;}//************数据处理，显示结果***************//voiddataxs(){if(tppp>=10)c=338+(tppp-10)*0.6;elsec=338+(10-tppp)*0.6;cb=c/100;//声音速度的百//声音速度的//声音速度的//距离的位//cs=c%100/10;十位//个位//个位//分位//分位//cg=c%100%10;lb=l/1000000;ls=l%1000000/100000;lg=l%1000000%100000/10000;//距离的十//距离的百/******LCD显示********/writercom(0x80);if(l<=100000)writer_d("toonear!elseif(l>=6000000)writer_d("toolong!else{writer_d("L=");");");writerdata(lb+0x30);//LCD显示距离的个位//writerdata('.');writerdata(ls+0x30);//L