通信电子专业毕业设计基于MCS-51系列单片机智能超声波测距仪的设计与实现

PAGEXIV毕业设计基于MCS-51系列单片机智能超声波测距仪的设计与实现一．选题的背景及意义由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。设计任务及要求项目设计的是一款智能超声波测距仪，要求主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，能够实现超声波测距，数据显示，参数设置等功能。具体要求如下：（1）完成键盘的设计，分配好各个按键输入对应单片机各口的控制信息；（2）完成数码管显示电路的设计，实现具体的控制、提示信息的显示；（3）完成超声波测距电路的设计，使其能够准确测量距离；（4）还可以通过按键设置下限报警距离，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。三、项目分析与方案论证1.过程分析分析要设计的智能超声波测距仪该有的系统的控制要求。1）具有数据采集功能2）具有按键控制功能3）能够用四位数码管显示4）具有报警功能5）能够指示运行状态6）具有智能模式，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。2．方案论证选择方案1：单片机是一种集成电路芯片，单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件，在工业控制领域广泛应用。方案2：可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在工业控制领域得到广泛地应用。若利用PLC来控制智能窗帘，成本较高，而且设备庞大，占用空间较多。因此，我们选择方案1单片机来实现的智能超声波测距仪的设计。四、项目设计本项目利用单片机、超声波传感器、蜂鸣器实现了智能超声波测距仪的设计，具有利用超声波特性测距的功能，其具体方框图如图1所示：图1智能超声波测距仪结构图五、项目实施过程1.成员任务安排从接受任务后具体成员的任务安排及时间安排如表1所示：表1任务实施计划实施计划时间主要任务负责人阶段成果2023.4-2023.5功能分析，电路及系统控制部分的设计实现段世行初步方向确立2023.4-2023.5程序设计调试、样机的修改段世行、冯新智样机和程序完成2023.5-2023.6系统整体调试以及相关实验资料整理陈嘉新、李笑笑、孙静实体完成2023.5-2023.6项目所有资料的完善陈嘉新、李笑笑、孙静总体完成2.原理图绘制主控制最小系统电路如图2所示。图2最小系统硬件电路总设计见图3，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：STC89C52、超声波传感器、按键、四位数码管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。其中D1为电源工作指示灯。电路中用到3个按键，一个是设定键,一个加键，一个减键。图3总设计电路图3.硬件焊接根据原理图焊接元器件，形成的硬件电路板如图3所示：图3智能超声波测距仪电路板4.智能超声波测距仪的软件设计程序流程图如图4所示：系统初始化系统初始化报警结束测得距离与设定值比较，小于距离比较，报警是否持续开始启动报警电路开始报警再次检测等待下次报警结束YNNYYN图4流程图5.智能超声波测距仪的调试（1）调试步骤1)按照原理图连接。2)编程：编写智能超声波测距仪的程序。3)将程序下载到STC89C52单片机，电路上电运行。。4)观察并记录能否实现程序的功能，如有错误，检查硬件接线是否错误，如果连接正确，再检查程序，直到调试成功为止。（2）调试要点1)如果在硬件调试时，某些元器件没起到作用，应该用万用表测量元器件的好坏，还有可能是电阻阻值选用不合理等问题。2)将设计好的程序下载到STC89C52单片机中，首先要做的就是仔细检查程序，是否出现语法错误，延时时间是否算对，主程序是否成功调用子程序。程序一般先在仿真软件上调试，然后再在焊接成功的电路板上调试。六、总结与体会本次学期从选题到设计，原理图的绘制到PCB图的设计，程序的设计以及软硬件的调试等工作，进一步掌握了电子产品设计的步骤和方法，学会综合利用模拟电子技术、数字电路技术、单片机原理与应用等知识，并了解超声波测距的原理，熟练并深刻掌握且应用了DXP软件、keil软件，也对单片机烧写器的理解和应用更透彻了，更是历时一个学期之久。设计项目最终实现了预定的功能，外观也是比较漂亮和时尚的，应该说取得了一定的成果。这次学期项目感受最深的是团队合作，毕竟个人能力有限，掌握的知识不够全面。所以在项目执行过程中，团队分工合作，在每个时间节点积极完成所需要完成的工作。另外，在这里要感谢苏老师的认真指导，经常与我们小组交流设计理念，并且在一定程度上帮助了我们大多数难题，包括程序上的、硬件上的一些问题。由于时间的关系，设计的智能超声波测距仪虽然完成了一定的功能，但还有很多地方是值得改进的，今后还可以根据需要加强在功能及外观上的设计。实体安装设计图：程序：#include<reg52.h> //调用单片机头文件#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义 变量范围0~255#defineuintunsignedint //无符号整型宏定义 变量范围0~65535#include<intrins.h>//数码管段选定义012345 6 7 8 9 ucharcodesmg_du[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0}; //断码uchardis_smg[4]={0xff,0xff,0xff,0xff};//数码管位选定义sbitsmg_we1=P3^4; //数码管位选定义sbitsmg_we2=P3^5;sbitsmg_we3=P3^6;sbitsmg_we4=P3^7;sbitc_send=P3^2; //超声波发射sbitc_recive=P3^3; //超声波接收sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器IO口定义uintflag_300ms=1;longdistance; //距离uintset_d=50; //距离ucharflag_csb_juli;//超声波超出量程uintflag_time0;//用来保存定时器0的时候的ucharmenu_1;//菜单设计的变量/***********************1ms延时函数*****************************/voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}/********************独立按键程序*****************/ucharkey_can; //按键值voidkey() //独立按键程序{ staticucharkey_new;//key_new这个变量的功能是做按键松手检测的 key_can=0;//按键值还原 P2|=0x07; if((P2&0x07)!=0x07) //按键按下 { delay_1ms(1); //按键消抖动 if(((P2&0x07)!=0x07)&&(key_new==1)) { //确认是按键按下 key_new=0; //key_new=0说明按键已按下 switch(P2&0x07) { case0x06:key_can=3;break; //得到k3键值 case0x05:key_can=2;break; //得到k2键值 case0x03:key_can=1;break; //得到k1键值 } } } else key_new=1; //key_new=1说明按键已经松开了}/****************按键处理显示函数***************/voidkey_with(){ if(key_can==1) //设置键 { menu_1++; if(menu_1>=2) { menu_1=0; } } if(menu_1==1) //设置报警 { if(key_can==2) { set_d++; //加1 if(set_d>500) set_d=500; } if(key_can==3) { set_d--; //减1 if(set_d<=1) set_d=1; } dis_smg[0]=smg_du[set_d%10]; //取小数显示 dis_smg[1]=smg_du[set_d/10%10];//取个位显示 dis_smg[2]=smg_du[set_d/100%10]&0xdf;//取十位显示 dis_smg[3]=0x60; //a } }/****************报警函数***************/voidclock_h_l(){ if(distance<=set_d)//低于设置的距离就会报警 { beep=~beep; //蜂鸣器报警 } else { beep=1; //取消报警 } }/***********************数码位选函数*****************************/voidsmg_we_switch(uchari){ switch(i) { case0:smg_we1=0;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case1:smg_we1=1;smg_we2=0;smg_we3=1;smg_we4=1;break; case2:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=0;smg_we4=1;break; case3:smg_we1=1;smg_we2=1;smg_we3=1;smg_we4=0;break; } }/***********************数码显示函数*****************************/voiddisplay(){ staticuchari; i++; if(i>=4) i=0; smg_we_switch(i); //位选 P1=dis_smg[i]; //段选 }/******************小延时函数*****************/voiddelay(){ _nop_(); //执行一条_nop_()指令就是1us _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();}/*********************超声波测距程序*****************************/voidsend_wave(){ c_send=1; //10us的高电平触发 delay(); c_send=0; TH0=0; //给定时器0清零 TL0=0; TR0=0; //关定时器0定时 while(!c_recive); //当c_recive为零时等待 TR0=1; while(c_recive) //当c_recive为1计数并等待 { flag_time0=TH0*256+TL0; if((flag_time0>40000))//当超声波超过测量范围时，显示3个888 { TR0=0; flag_csb_juli=2; distance=888; break; } else { flag_csb_juli=1; } } if(flag_csb_juli==1) { TR0=0; //关定时器0定时 distance=flag_time0; //读出定时器0的时间 distance*=0.017;//0.017=340M/2=170M=0.017M算出来是米 if((distance>600)) //距离=速度*时间 { distance=888; //如果大于6m就超出超声波的量程 } }}/*********************定时器0、定时器1初始化******************/voidtime_init() { EA=1; //开总中断 TMOD=0X11; //定时器0、定时器1工作方式1 ET0=0; //关定时器0中断 TR0=1; //允许定时器0定时 ET1=1; //开定时器1中断 TR1=1; //允许定时器1定时 }/***************主函数***