超声波测距器器的设计
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题目基于单片机AT89c51的超声波测距器的设计
学号及XX:
2081224109邓刚
专业名称电子信息科学与技术
2010年10月11日
一:内容提要
随着科技的快速发展,超声波测距应用越来越广泛,可应用于汽车倒车、测量汽车速度(是否超速)、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
要求测量X围在0.27~4.00m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。
就目前水平而言超声波应用X围还是比较有限,还有很大的发展空间,将向高精确度超远距离方向发展。尤其是在军事方面,对检测发现作战于海底的潜艇来说尤为重要,在未来海陆空一体化的战争中检测识别敌人位置的工作越来越重要,超声波可发挥其应有的作用,在未来我相信超声波测距这些将和计算机信息技术,人工智能融合将发挥更大的作用。
二:目录
1.功能原理描述及:3
1意义及功能:3
2.超声波测距器的概述4
2. 硬件电路及描述4
2.1硬件电路4
2.2系统的原理4
3.软件设计流程及描述6
3.1主程序及流程图6
3.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序7
3.3系统初始化7
4结论:8
5.课程设计体会:8
6.参考文献:8
7.附件8
1.功能原理描述及人员分工:
1.功能原理描述:
我们知道,由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离比较方便,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。据设计要求并综合各方面因素,本例觉得采用STC89C52单片机作为主控制器,用1602作为显示器,超声波驱动信号用单片机的定时器来完成。
原理
超声波发生器内部结构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时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波本时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,就成为超声波接收器。在超声探测电路中,发射端得到输出脉冲为一
系列方波,其宽度为发射超声的时间间隔,被测物距离越大,脉冲宽度越大,输出脉冲与被测距离成正比。.
2.超声波测距器的概述
随着科技的发展,人们生活水平的提高,城市发展建设加快,城市给排水系统也有较大发展,其状况不断改善。合成时间住的许多不可预见因素,超声波技术对于解决这些问题提供了新的方法。
本设计采用以AT89C52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。整个电路采用模块化设计,由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理,实现超声波测距仪的各种功能。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。
经实验证明,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,可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。
2. 硬件电路及描述
2.1硬件电路
本系统中选用的探头是40KHz的超声传感器,有一支接收传感器和一支发射传感器组成。
AT89C51是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能微处理器,俗称单片机。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AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51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。
译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件,4线—16线译码器,可以实现地址的扩展根据LED的公共极是阳极还是阴极分为两类译码器,即针对共阳极的低电平有效的译码器;针对共阴极LED的高电平输出有效的译码器。
2.2系统的原理
超声测距大致有以下方法:
①取输出脉冲的平均值电压,该电压(其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;
②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔t,故被测距离为S=1/2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关,如果温度变化不大,则可认为声速基本不变。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。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。
超声波测距学习板采用STC89C51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简
单的4位共阳LED数码管,断码用74LS245,位码用8550驱动.
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米(15℃时)。X2是声波返回的时刻,X1是声波发声的时刻,X2-X1得出的是一个时间差的绝对值,假定X2-X1=0.03S,则有340m×0.03S=10.2m。由于在这10.2m的时间里,超声波发出到遇到返射物返回的距离.
超声波测距器的系统框图如下图所示:
超声波接收
超声波发送
单片机
控制器
LED显示
扫描驱动
超声波测接收电路
图为超声波发送电路
3.软件设计流程及描述
3.1主程序及流程图
主程序首先对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式,置位总中断允许位EA并给显示端P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲,为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发,需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后,才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz 的晶振,机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后,将计数器T0中的数(即超声波来回所用的时间)按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20℃时的声速为344m/s则有: