超声波测距器设计

摘要------------------------------------------------2 1、 总体设计框架图----------------------------------2 2、单元电路设---------------------------------------2 2.1.1主控芯片89C51----------------------------2 2.1.2主控芯片89C51电路原理图-----------
2.1.2主控芯片89C51电路原理图
2.2.1显示模块
LED数码管是由发光二极管构成的,亦称半导体数码管. 将条状发光二极 管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接,组成"8"字,再把发光二极 管另一电极作笔段电极,就构成了LED数码管.若按规定使某源自文库笔段上的 发光二极管就能显示从0～9的…系列数字。同荧光数码管、辉光数码管 (NRT)相比它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色 性好、发光响应的时间短，能与TTL,CMOS电路兼容等的常见LED
3.超声波检测接受电路 NE5532功能特点简介: NE5532/SE5532/SA5532/NE5532A/SE5532A/SA5532A是一种 双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放 大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力 和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高 品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如 果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证 噪声电压指标。 NE5532特点： •小信号带宽：10MHZ •输出驱动能力：600Ω，10V有效值 •输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值) •直流 电压增益：50000 •交流电压增益：2200-10KHZ •功率带宽： 140KHZ •转换速率： 9V/μs •大的电源电压范围：±3V-±20V •单位增益补偿
数码管的外形及内部结构如图1所示。图1(b)属于 共阳极结构，图1(c)采用共阴极结构。+、一分别 表示公共阳极和公共阴极。a～g是7个笔段电极， DP为小数点。另有一种字高为7．6mm的超小型LED 数码管，管脚从左右两排引出，小数点则是独立 的。 2．L印数码管的性能检测
LED数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气 泡等，在业余条件下可用干电池进一步检测。如图 2所示。以共阴极数码管为例介绍检测方法。;将 3;V干电池负极引出线固定接触在LED数码管的公共 阴极上，电池正极引出线依次移动接触笔画的正极 端。这一根引出线接触到某一笔画的正极端时，那 ～笔画就应显示出来。用这种简单的方法就可检测 出数码管是否有断笔(某笔画不能显示)，连笔(某 些笔画连在一起)，并且可相对比较出不同的笔画 发光的强弱性能。若检测共阳极数码管，只需将电 池正负极引出线对调一下，方法同上。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离 远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离， 设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能 达到要求。 超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声 波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量， 可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。 根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片 机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱 动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下 图所示：
数显器件。
液晶指令集： 2.3.1无线数据传输模块
2. 超声波发射电路原理图示： CD4049功能简介: CD4049 六反相缓冲器/转换器.,CD4049是六反相缓冲器，具有 仅用一电源电压(VCC)进行逻辑电平转换的特征。用作逻辑电 平转换时，输入高电平电压(V IH)超过电源电压V CD。该器件 主要用作COS/MOS到DTL/TTL的转换器，能直接驱动两个 DTL/TTL负载。CD4049可替换CD4009，因为CD4049仅需要一电 源电压，可取代CD4009用于反相器、电源驱动器或逻辑电平转 换器。CD4049与CD4009引出端排列一致，16引出端是空脚 ， 与内部电路无连接。若使用时不要求高的漏电流或电压转换， 推荐使用CD4049六反相器。 CD4049引脚图:
超声波发射电路 压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部 结构上图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极 外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电 晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就 是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时， 将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就 成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结 构稍有不同。
三、系统程序设计 超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程 序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测 距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程 序逐一介绍。
1．超声波测距器的算法设计 下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时 刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回 来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到 接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体 的距离。 距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2 *d为被测物与测距器的距离 ，s为声波的来回路程，c为声 速，t为声波来回所用的时间 声速c与温度有关，如温度变化不大，则可认为声速是基 本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法 加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返时间，即可求得 距离。在系统加入温度传感器来监测环境温度，可进行温度被 偿。这里可以用DS18B20测量环境温度，根据不同的环境温度 确定一声速提高测距的稳定性。为了增强系统的可靠性，应在 软硬件上采用抗干扰措施。 不同温度下的超声波声速表
实验报告书
设计题目： 实验者姓名： 所在学院： 所在班级： 学号： 指导老师：
超声波测距器设计 自动化及电气工程学院
01401215 百度文库
摘要 随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用
越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分 析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以 及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为 核心的低成本、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在此基础上设计了系统的总体方案，最后 通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路 图、程序流程图。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定 性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波 换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、 波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详 细说明。该测距仪最大测量距离是6米，精确度是0.1mm。这套 系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统 扩展和升级，可以用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业 现场，例如：测量液位、井深、管道长度等场合。可以广泛应 用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作 业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。 关键词 单片机AT82S51 超声波 传感器 测量距离
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设 备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 *74LS24 还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入 数据。 *当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能 力时，必须接入74LS245等总线驱动器。 *当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） *DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高 电平时，A、B均为高阻态。 由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控 制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与 74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8051的/RD 和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入 （P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。 超声波测距器系统设计框图 三、系统组成
1、总体设计框架图
2、 单元电路设计 2.1.1主控芯片89C51 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储 器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable
Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微 处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪 烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采 用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工 业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于 将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片 中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控 制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 引脚结构图
74ls245引脚图
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器， 74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据 缓冲器。单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控 制端 和2G 控制； 双向的有16个三态驱动器，每个方向 8个。在控制端 有效时( 为低电平)，由DIR端控制驱动方 向：DIR为“1”时方向从左到右(输出允许)，DIR为“0”时方向从 右到左(输入允许)。74LS244和74LS245的引脚图如
接受电路
2.4.1 实验原理
超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测 手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就 是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超 声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有 发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的 原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电 能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转 换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍 物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源 与障碍物之间的距离 。 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的 有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因 为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机 负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理 论上可以达到毫米级。
---------3 2.2.1显示模块----------------------------------4 2.3.1无线数据传输模块--------------------------7 2.4.1实验原理及器件--------------------------------10 3．程序设计-----------------------------------------14 4.总结-------------------------------------------------15
硬件部分 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波 检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红 外接收芯片和TCT40- 10系列超声波转换模块的控制。单片机 通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停 的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就 认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的 时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 软件部分 主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序 及显示子程序等部分。 系统硬件电路设计