基于单片机的多功能测距系统设计6800字论文

基于单片机的多功能测距系统设计基于单片机的多功能测距系统设计 1 1 1一、直接量距 2二、间接量距 21.研究的意义及现状 22.超声波测距的原理 33.温度补偿的原理 3 35.硬件设计 4 45.2时钟模块 45.3单片机最小系统部分 65.4LCD1602液晶显示模块 65.5超声波传感器 75.6语音播报模块MY1680U-12P 96.软件设计 7.系统的组装与调试 摘要：随着时代与科技的不断发展，测量数据的数字化，自动化，多功能化在当今工业与生活领域显得尤为重要。本文提出了将测距、测温、报警、时间显示集于一体的设计方案。本文采用STC89C52单片机、HC-SR04超声波传感器、DS1302时钟芯片、LCD1602液晶显示模块、MY1680U-12P语音模块搭建硬件平台，软件采用C语言实现。经实验验证，该设计方案可行，并在实际生活领域有一定的应用。关键词：单片机；超声波传感器；测距系统引言随着时代的发展，科技的不断提高，测距系统的智能化，集成化也离我们越来越近。测距系统的多功能化能对日常生活生产中的方方面面带来巨大的提升。这要求一个优秀的测距系统不能单单只有测量距离这么一个如此单薄无力的功能。诚然，精准的测距功能是测距系统最核心的工作，但只有对它进行集成化，拥有更多的丰富的功能才能更好的提升一个测距系统的竞争力。现阶段的大量智能化，集成化的测距系统正带给人们更好的使用体验。如此看来，老旧的测距系统也并不能满足人们的日常需求了。本设计就是为了测距系统的多功能化，解决传统测距工具功能单一的问题所产生的。现阶段，关于测距方面已然有了许许多多的新兴发明创造。但是测距系统的构建也不外乎为以下两大类：一、直接量距直接量距顾名思义就是运用刻度尺等量具直接对被测物体进行测量，这种测量方案能直接快速的得到测量结果，但是基于现场的实际状况会有各种二、间接量距间接量距的方法就有许多了，包括视距测量，电磁波测量，视差法测量等等等等。间接量距测量方法不易于上手，但是胜在测量速度快，劳动需求低，测量精度高，效率高等。而本文将要阐述的便是基于STM89C52单片机与超声波传感器的间接量距方法一超声波测距。从古至今，对于距离测量的需求都不曾减少。大到导弹射程、卫星发射，小到跑步锻炼，乘坐交通工具，都少不了一个准确的距离信息。一个优秀的测距系统能给人们带来巨大的方便。目前较为普及的间接测距方式有以下几种。一为激光测距，该测距方法精度高，测量方便，测量效率高。是大部分高精度测量的首选测量方式，但也存在着造价昂贵，对环境要求高等缺陷。二为红外线测距，该测距方法价格低廉，功能实现快捷，但是同样受外界环境影响较大，且测量距离低。三为超声波测量，由于超声波的特性，外界环境对其影响较小，能更好的适应各种各样的工作环境，适用范围广，并且相对于激光测距的价格相对低廉，故采用超声波测距模块为基础来进行多功能测距系统的设计。本文设计的多功能测距系统以STC89C52单片机与超声波传感器为基础，通2.超声波测距的原理时间为t,则目标物体距传感器的距离为s。原始发射波3.温度补偿的原理即在不同显示温度选择不同的速度v,并将此速度代入公式，即可得到加入温度温度0声速4.整体设计方案本文设计的测距系统基于STC89C52单片机架构而成。系统整体由认之后需要按键选取最小报警距离，最小报警距离确为了提高该多功能测距系统的工作时间与工作效率，本设计采用5v充电宝5.2时钟模块三8K 1234二v单独设置中断查询功能，不利于测距系统的简洁化，所以本文设计采用DS1302DS1302时钟芯片可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，同时还具备闰年补偿功能，能在2.5v到5v的电压下进行工作，是一款方便且功能完备的计时DS1302时钟模块有VCC1、VCC2、X1、X2、SLK、I/O、CE、GND八个引作为备用协助电源供应使用。在VCC2供电能力不足以支撑整个时钟模块工作对的，在VCC2无法达到0.2v的工作电压而VCC1达到时，DS1302系统会由VCC1来进行供电，直到VCC2电压大于0.2时，VCC2重新接管VCC1的供电功能，对时钟模块进行供电。X1和X2提时钟模块通过CE、I/O、SCLK三个引脚与最小系统进行连接。时间得显示可以用外接LCD1602进行实现。CE是复位片选引脚，与单片机的p2.0引脚连接，各类的数据传输都要通过对CE置入高电平来实现的。CE输入具有二类功第二类是CE能单方面中断各种字节类型的数据传输，为系统安全提供保障。当CE被指为低电平时，该次数据传输会被终止，无法进行各种类型的数据交换。而当对CE置入高电平后，系统会同意各类准备进行的数据传输块进行各类数据参数的修改。I/O□是双向的输的要求，CE将始终被置为低电平，禁止各种穿心数据的传播，只图3LCD1602SCLK将一直被当作输入端口，与单片机的p2.2引脚连接。5.3单片机最小系统部分尽管是以51单片机为内核，但相比于51系列单片机，STC89C52进行了许多的改进，如使用的电压范围更大了。相比于51系列单片机4.5v-5.5v的工作电压，STC89C52单片机适用于2.0v至3.8v的工作电压，能更好的适配各种工作环境。与51相比，STC89C52系列单片机有了更大的内存，51系列单片机只拥有4k的内存，而STC89C52单片机有着8K的内存，能进行更加繁杂数据的处理。在功能适配上拥有着8位CPU的STC89C52单片机能给嵌入式微控制系统具有良好的环境适应性。中的数据错误!未找到引用源。。平平4超声波模块接口5.5.1超声波传感器的原理超声波传感器是能将超声波信号转换为电信号的传感器错误：未找到引用源。超声波性，即既能发出信息，又能接受信息。和表面波探头五种错误!未找到引用源。。直探头：直探头分为两种类型，分别是单晶纵波直探头和双晶波直探头。直探头又可称为平探头，主要适用于平行平面上的材料探伤等，如板材探伤，钢材斜探头：斜探头分为三种类型，分别为单晶横波斜探头，纵波斜探头和双晶横波斜探头。超声波斜探头同样适用于工件探伤领域错误!未找到引用源。。带曲率探头：带曲率探头分为带轴向曲率和径向曲率两种。轴向曲率探头适用于需要进行轴向曲率检测的工件，如无缝钢管等。只要内径小于2000毫米的都可以进行轴向曲率检测。径向曲率检测探头通常适用于无缝钢管，等需要进行径向拼接的工件。聚焦探头：聚焦探头顾名思义即为将声波聚集成一道细声束进行工作的探头，通常根据聚集后声束的不同分为点聚焦探头和线聚焦探头。聚焦方式有压电晶片自聚焦和透镜聚焦两种。自聚焦探头通常可适用于曲面探伤缺陷检测透镜聚焦探头。透镜聚焦探头通常结构较自聚焦探头较长，一般可适用于水中作业。表面波探头：表面波探头顾名思义即为发射接收表面波的探头，通常可用于对工件进行表面缺陷的检测。5.5.2超声波传感器的选用目前市面上常见的超声波传感器通常分为压电型超声波传感器和磁致伸缩型超声波传感器两种。故本设计也有两种超声波传感器可供选用。方案一：使用压电晶体组成的压电型传感器来完成本设计。方案二：使用磁致伸缩型传感器来完成本设计。对于方案一：压电晶体组成的压电型传感器是一种可逆性传感器，即既能将超声波信号转换为电信号，又能将电信号转换为超声波信号的传感器。在实际使用过程中，发送器先将受到的电信号转换为超声波信号发送出去，在发送出去的超声波信号遇到障碍物反射后，接收器又将反射的超声波信号接受并转换为电信号输入给数据处理单元错误!未找到引用源。。能优秀的契合本文设计，达到一举两得的目的。压电型传感器又分为透射式超声波传感器、分离反射式超声波传感器和反射式超声波传感器。透射式超声波传感器一般会在遥控器，自动开关上进行使用，分离反射式超声波传感器一般会应用与测量距离，液体水位，物料位置，反射式超声波传感器则会用在材料探伤，谭厚等工作上。基于设计需要，将会采用分离由于方案二的磁致伸缩式超声波传感器工作方式较压电式超声波传感器更感器具有四个引脚，其中Vcc提供工作电压，接入电源正极，提供5v的工作电在工作时，单片机对HC-SR04的Tr为了达到智能语音播报测距数据的目的，本设计使用MY1680U-12P语入输出和特殊控制引脚，对MY1680U-12P实现控制功能，当BUSY引脚输出高电平时，外界喇叭开始波音，当输出低电平时，外接喇叭停止播音。RX引脚与单片机的P3.1相连实现异步串口数据输入功能错误!未找到引用源。。P3.1□与其他引脚不同，其他引脚只能进行模拟串口通信功能，但P3.1引脚不但能进行模拟串口通信，还能进行正式的串口通信。所以此处用RX引脚与P3.1引脚连接，进行正式的串口通信功能。98987123456DACLDACR配置串口NY结束对于一个完整的测距系统而言，软件方面的设计也必不可少。一个简洁精要的软件设计能够大大的增强系统性能，提高系统的工作效率。测距仪，顾名思义最重要的就是测量距离。而对距离的测量会受到许多因素的影响，例如环境温度。在不同的环境温度下，超声波的传播速度是不一致的错误!未找到引用源。。超声波传感器发收信号有两个阶段，第一个阶段超声波探头发射超声波信号，并将此物发生反射，被超声波探头所接受，并将此时的时间统与被测障碍物的距离信息。上图6为主程序流程图，单片机在处理出距离数据后，与预设的距离阈值进至液晶显示模块，使其进行数据的实时显示。下图7为定时中断子程序流程图，由于超声波的发射通常会有延迟，所以定时中断子程序的作用就是尽量降低这种延迟对测距系统精确性的影响。图7定时中断子程序7.系统的组装与调试LCD1602液晶显示模块和超声波传感器按照设计图纸将电路焊接成功。在焊接足预期的功能错误!未找到引用源。。示器上是否正常显示温度，时间，距离信息。若能正常显示，即可进行下一步。将各种所需参数设置后，进行测距测试，验证测距系统的准确性和稳定性。7.1实验数据为了验证测距系统工作的稳定性及准确性，将对测距系统进行试验测试，测首先安放一个目标物体，用刻度尺量取距目标物20厘米的位置，将测距系统平稳放置于此处，观察测距系统测量所得的值与刻度尺量取的值是否一致，测量进行五次，来减少偏差。测试数据记录在下表中。表2实验调试