超声波测距-时钟显示论文

.z摘要本设计详细介绍了超声波传感器的原理和特性，分析了超声波测距的原理的根底上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以STC89c52单片机为核心的低本钱、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能到达工业实用的要求,用DS12C887时钟芯片计时、DS18B20检测温度，单片机通过时钟芯片获取时间数据、DS18B20采集温度信号，处理后把时间和温度数据通过液晶显示器1602同步显示年、月、日、时、分、星期和温度。该时钟局部设有五个按键，使之具备了校时,闹钟等功能。AbstractThissubjecthasintroducedprincipleandcharacteristicoftheultrasonicsensorindetail，onthebasisofanalyzingprinciplethatultrasonicwavefindsrange,thesystematicthinkingandquestionsneededtoconsiderthathavepointedoutthatdesignsandfindsrange,providelowcost,thehardwarecircuitofhighaccuracy,ultrasonicrangefinderofminiaturedigitaldisplayandsoftwaredesignmethodtakingSTC89c52asthecore,thiscircuitofsystemisreasonableindesign,workingstability,performancegoodmeasuringspeedingsoon,calculatingsimple,apttoacplishreal-timecontrol,andcanreachindustry'spracticaldemandinmeasuringtheprecision。WithDS12C887clockchiptiming,DS18B20testingtemperature,microcontrollerthroughtheclockchipfortimedatacollection,DS18B20temperaturesignal,theprocessingtimeandtemperaturedatathroughtheliquidcrystaldisplay1602synchronousdisplayyear,month,day,week,points,andtemperature.Thisclockhasfivekeypart,withtheschool,suchasalarmclockfunction.目录TOC\o"1-3"\u摘要1前言31.系统根本设计思路32.设计方案方案论证43.单元电路方案53.1控制器模块53.2测距模块53.3计时模块63.4显示模块64.主要模块功能介绍74.1US-100超声波测距74.2DS12C887时钟芯片85.程序流程图及局部源程序85.1程序流程图95.2局部源程序10结论11致谢12参考文献12前言单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活泼的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的低本钱、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。本次设计主要实现以下功能：1．收发传感器均选用超声波传感器；2．距离要求在液晶显示屏或数码管上显示；3．能够探测距离0.5m—5m；4.能设置在一定距离内报警；5．能够测出现场环境温度并显示〔工作温度-20—45℃6.能够显示时间：年-月-日-星期-时-分-秒，有am,pm指示器，蜂鸣器等；7.能够设置时间，闹钟开，闹钟关等功能：8.具有220v供电功能；意义：1.超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。2.时钟芯片DS12C887自带晶振和电池，计时精度高，在没有外部电源的情况下可工作10年，可计算2100年前的年，月，日，时，分，秒，星期七种日历信息，并带有闰年补偿功能。1.系统根本设计思路本设计超声波局部主要是进展距离的测量和报警，设计中涉及到的内容较多，主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、温度转换模块，液晶显示模块这几个模块结合起来。而本设计的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的根底上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，温度模块利用DS18B20转化温度，时钟电路以DS12C887时钟芯片计时，同步显示日历、时间和温度信息，并且可以通过按键修改时钟日历信息。2.设计方案方案论证测距传感器〔1〕激光测距传感器激光传感器利用激光的方向性强和传光性好的特点，它工作时先由激光传感器对准障碍物发射激光脉冲，经障碍物反射后向各个方向散射，局部散射光返回到承受传感器，能承受其微弱的光信号，从而记录并处理光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离，即用往返时间的一半乘以光速就能得到距离。其优点是测量的距离远、速度快、测量准确度高、量程*围大，缺点是对人体存在平安问题，而且制作的难度大本钱也比较高[3]。〔2〕红外线测距传感器红外线测距传感器利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同，根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进展测量的。其优点是本钱低廉，使用平安，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近[3]。〔3〕超声波传感器超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20kHz的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距[4]。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从平安性，本钱、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。根据对以上三种传感器性能的比较，虽然能明显看出来激光传感器是比较理想的选择，但是它的价格却比较高，而且平安度不够高。而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头。测距传感器(1)采用DS1302为计时时钟芯片该芯片是串行电路，与单片机接口简单，但需另备电池和32.768kHz晶振，因焊接工艺和晶振质量等原因会导致精度降低。(2)采用DS12C887为计时时钟芯片该芯片与单片机采用8位并口通信，传递信息速度快。自带有锂电池和晶振，外部掉电后，其内部时间信息还能够保持10年之久，因电路被封装在一起，可以保证很高的精度和抗干扰能力。而且芯片功能丰富，可以通过内部存放器设置闹钟，并产生闹钟中断。综合考虑，本设计采用DS12C887作为计时时钟。3.单元电路方案3.1控制器模块本次设计采用STC89C52单片机控制，它是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，构造如以下列图所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。3.2测距模块 此模块选用US-100超声波收发模块，如以下列图3.3计时模块 此模块选用DS12C887准确计时，如以下列图显示模块选用1602液晶来显示多种信息，设计图以下列图4.主要模块功能介绍4.1US-100超声波测距1．概述US-100超声波测距模块可实现2cm~4.5m的非接触测距功能，拥2.4~5.5V的宽电压输入*围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进展校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。2．主要技术参数电气参数US-100超声波测距模块工作电压DC2.4V~5.5V静态电流2mA工作温度-20~+70度输出方式电平或UART〔跳线帽选择〕感应角度小于15度探测距离2cm探测精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停顿位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制。6．串口触发测距工作原理在模块上电前，首先插上模式选择跳线上的跳线帽，使模块处于串口触发模式。在此模式下只需要在Trig/T*管脚输入0*55〔波特率9600〕，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进展温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进展校正，将校正后的结果通过Echo/R*管脚输出。输出的距离值共两个字节，第一个字节是距离的高8位〔HDate〕，第二个字节为距离的低8位〔LData〕，单位为毫米。即距离值为〔HData*256+LData〕mm。DS12C887时钟芯片DS12C887实时时钟芯片功能丰富，能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪存放器，从而利用硬件电路解决子“千年〞问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制存放器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进展编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进展屏蔽。5.程序流程图及局部程序5．1软件流程图5.2局部源程序程序一．超声波测距模块程序：voidUart_Send_Data(unsignedcharch){ ES=0;TI=0; SBUF=ch; while(!TI); TI=0; ES=1; }voidser()interrupt4{ if(TI)TI=0; if(RI) { RI=0; Received_Data=SBUF; if(count==0) { Hight_Data=Received_Data; } elseif(count==1) { count=0; Distance=Hight_Data*256+Received_Data; succeed_flag=1; } count++; }}voidtimer0()interrupt1{ TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-46083)%256; n++; if(n==4) { n=0; Uart_Send_Data(0*55); } }二．时钟模块子程序voidwrite_ds(ucharadd,uchardate){ dscs=0; dsas=1; dsds=1; dsrw=1; P0=add; dsas=0; dsrw=0; P0=date; dsrw=1; dsas=1; dscs=1;}ucharread_ds(ucharadd){ uchards_date; dsas=1; dsds=1; dsrw=1; dscs=0; P0=add; dsas=0; dsds=0; P0=0*ff; ds_date=P0; dsds=1; dsas=1; dscs=1; returnds_date;}结论本次设计主要是基于STC89C52单片机为控制核心的，同时以超声波测距为主的显示测距系统，辅以时钟显示。通过对理论和实际情况的分析，本设计的设计方案是根本可行。实现了以单片机为主要的控制核心，本系统在工作时是通过测距传感器采集数据，由单片机控制核心快速地计算出距障碍物距离并通过液晶屏显示结果，同时利用用蜂鸣器鸣叫进展声音报警提示。本次设计可以应用于防盗、倒车防撞、水位测量、建筑施工工地等一些需要保护措施及显示时间的场所。此次设计存在的问题，准确度不够，程序仍需简化，硬件电路可以适当调整。致谢此次课程设计是对所学的知识