超声波避障系统设计
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P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/IN T0 P3.3/IN T1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/W R P3.7/RD
39
38
37
36 35
连接显示
34
33
32
21
22 23
连接显示
24
25
26
27
28
10
11 12
回波接收
13
14
15
16
17
整体电路设计
TR1
R2
20
4.7k
致谢
感谢工学院个位老师为答 辩工作作的努力！
祝老师工作愉快！
显示电路
显示电路先用74LS244处理来自单片机的信息，然后连接 显示器。显示器用共阳极二极管。显示电路如下：
U 1:A
2 4 6 8
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
18 16 14 12
1 OE
7U41LS:2B44
11 13 15 17
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
9 7 5 3
硬件电路设计
发射电路
发射电路自单片机引脚P1.0开始，经由晶体管，跳线器， 变压器等部分。如图：
TR1
E
R2
5
4.7k
C1 1nFC2
A
D
Biblioteka Baidu
1nF
发射探头
B
JP1
JU M PER
N1
D 882
R1
C
200
发射电路仿真
上图的发射电路同时可以进行仿真，图中标志A、B、C、D、 E个点，在用作图软件仿真时，软件自带四踪示波器，可 同时跟踪显示4路信号，将发射端一线接地，一线引入示 波器，同时引入B、C点信号，对比有：
接收电路
接收电路采用TL852作为处理，TL852是专用的超声波测距 避障模块，用专用模块采集处理，对信息有很好的保护， 不至失真。其图如下：
5V
C11
L2
104
C13
1.5m H
103
SO U T
TL852
VCC
R9
B IA S
68k
REC
LC
C12
C14
102
G 2IN
G 1O U T
103
R8
Q1
9012
R10
Q2
9012
1k
R11
Q3
9012
1k
5V
C11
104
D3
1N4148
4
U2:A
2 1
3
LMX358AKA-T
8
D2
1N4148
R10
510
SOUT
SOUT
C14
102
TL852
VCC BIAS
REC
LC
G2IN G1OUT
GADJ G1IN
XIN
GND
R9
68k
C12
103
R8
4.7k
C1 1nFC2
1nF
声波探头
VCC
BUZ1
BUZZER
Q1 R1
1k PNP
单片机
GND
U1
GND DQ
VCC
1 2 3
27.0
DS18B20
VCC
单片机
JP1
JUMPER
N1
D882
R1
200
U2
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
产生脉冲引脚 1
2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
A T89C 51
P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7
P2.0/A 8 P2.1/A 9 P2.2/A 10 P2.3/A 11 P2.4/A 12 P2.5/A 13 P2.6/A 14 P2.7/A 15
R10
510
D2
1N 4148
D3
1N 4148
SO U T
8
U 4A
3 1
2
LM V58
4
8
R11 1R01k2
10k
U 4B
3
1 U ltrain
2
LM V58
4
发射与接收传感器
本次设计综合各方面的因素考虑，决定采用运用较为广泛的TCT40— 16T作为超声波发射探头，采用TCT40—16R作为超声波的接受探头， TCT40—16T/R具有抗温度、湿度的能力，环境的温度湿度变化对其 性能影响不大，能在极其恶劣的条件下较为稳定工作，而且TCT40— 16T/R具有很好的抗撞击、振动的能力 。实际上，超声波的接收和发 射探头是集成在一起的，如图：
R2 6R230 6R240
620
1 OE
620
7U41LS:B244
R5
11 13 15 17
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
9 7 5 3
R6 6R270 6R280
620
19 OE
620
74LS244
R9
1k
U1:A
4
R12
2
1
R101k 1
3
10k
8
LMX358AKA-T
Ultrain
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
U1:A
R1
2 4 6 8
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
18 16 14 12
声波的反射
发射接收时差t
温度对声速的影响
温度的变化对声速的影响非常明显，温度对声速 的影响见下表。
温度 -30 -20 -10 0 10 20 30 100
声速 313 319 325 333 338 344 349 386 表中的数据得知，温度的升高使得声速变大，且 变化明显可见，因此在设计中不得不考虑温度对 声音的影响。
A点信号
B点信号
C点信号
显示中可以看出A点的信号被放大了，信号未显示为方波，是因为变压 器的电感影响。上图E点的电平值为5V，如果拟定3V，则如波图如下：
从图中知道，3V时，A、B幅值有所降低，因为E点加入的电平高于C点， 当E点的值变化时，将影响A点的值，从这点可以看出，通过控制E点 的电压，能够影响发射端的强弱，我们会根据不同的运用场合，变化 E点的值，达到不同的效果
C13
103
L2
1.5mH
C9
L1
6.5mH
接受探头
R7
4.7k
C10
程序流程
开始 系统初始化
发射超声波脉冲 等待反射超声波
计算距离 显示结果
实物仿真
此次仿真采用上海浩豚电子科技的多用集 成电路板。
总结
本次设计超声波避障系统，以单片机 为计时主控，结合各外围电路，系统 本身简单，操作方便，但也存在很多 不足，例如就实物仿真这一块，测试 很不稳定，系统有待完善。同时，通 过此次设计让我有了很多体会，我相 信在日后的学习中会对我有所帮助。
GADJ
4.7k
R7
G 1IN
4.7k
X IN
GND
C9
L1
6.5m H
接受探头
C10
上述电路图只是对信号的处理，程序设定中，单片机是要
接收中断信号的，单片机引脚扫描一引脚，无信号时，计 时不中断，当信号过来时，计时停止。但TL852处理的信 号是不能被单片机扫描接收的，所以还有一个信号处理电 路，它是为了将TL852的输出转换为单片机需要的中断信 号其电路如图所示 ：
温度电路
为满足精度要求，在整个设计中，我们考虑温度的影响。 温度传感器种类众多，在高精度，高可靠性的场合，由 DALLAS公司生产的DS18B20将作为首选，它体积小、功率 小、抗干扰能力强。加入温度监测，电路如图：
GND
U1
GND DQ
VCC
1 2 3
27.0
DS18B20
VCC
单片机
报警电路
19 O E
74LS244
R1 R2 66RR223400
620 620
R5 R6 66RR227800
620 620
R9
1k
Q1
9012
R10
1k
Q2
9012
R11
1k
Q3
9012
显示电路仿真
仿真时，对单片机下载程序，由程序知，显示引脚连接 P0.0~P0.7,P2.0~P2.2.但是没有中断信号进来，显示器的 显示如图：
工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ） 课题：超声波避障系统设计 班级：机电072班 姓名：罗家亮 学号：1664070212 指导老师：权悦
超声波避障系统设计
概述
随着科学技术的不断发展进步，超声波检 测避障技术也得到重视。超声波检测避障， 以其特有的性质，应用在医学，军事，工 业技术中。
总体设计思路
本设计由AT89C51单片机为计时主控单元，功能由外围电 路完成，包括发射电路，接收电路，显示电路，温度监测 电路，报警电路，电源电路等。
电源电路 温度电路 显示电路 报警电路
AT89C51
发射电路 发射探头 接收探头 接收电路
温度监测 有回波时
工作流程
开始 单片机 发射电路工作
接收引脚扫描
接收完成
本次设计的处理器，我采用了目前应用较多的51系列单片机 AT89C51单片机，AT89C51的优势在于片内有Flash存储器，它继承 了MCS—51的原有功能，能和其他一些AT89系列单片机兼容。使用 时功能引脚如图：
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN A LE EA
显示数据
报警
超声波测距原理
超声波测距是利用超声波的声阻抗特性，当声波遇到两个 声阻抗特性不同的介质时就会发生反射，如左图。声波通 过发射探头发射出去时，计时器开始计时，当接收脚接收 到声波回波时，计时停止。如右图，脉冲信号发射后，时 隔t时间后，被接收，如果知道当时的声速v，就可以由位 移公式S=vt/2求出。
由于是避障系统，当距离达到或小于某一数值时，希望能被报警，引 起警戒，所以设计中加入了报警系统，它由单片机控制蜂鸣器来工作。 我们设定S0为警戒报警值，当S> S0时，单片机一引脚导通，经三极管 对信号放大，蜂鸣器响起，其电路图如图：
VCC
BUZ1
BUZZER
Q1 R1
1k PNP
单片机
单片机的选择
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/W R P3.7/RD
39
38
37
36 35
连接显示
34
33
32
21
22 23
连接显示
24
25
26
27
28
10
11 12
回波接收
13
14
15
16
17
整体电路设计
TR1
R2
20
4.7k
致谢
感谢工学院个位老师为答 辩工作作的努力！
祝老师工作愉快！
显示电路
显示电路先用74LS244处理来自单片机的信息，然后连接 显示器。显示器用共阳极二极管。显示电路如下：
U 1:A
2 4 6 8
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
18 16 14 12
1 OE
7U41LS:2B44
11 13 15 17
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
9 7 5 3
硬件电路设计
发射电路
发射电路自单片机引脚P1.0开始，经由晶体管，跳线器， 变压器等部分。如图：
TR1
E
R2
5
4.7k
C1 1nFC2
A
D
Biblioteka Baidu
1nF
发射探头
B
JP1
JU M PER
N1
D 882
R1
C
200
发射电路仿真
上图的发射电路同时可以进行仿真，图中标志A、B、C、D、 E个点，在用作图软件仿真时，软件自带四踪示波器，可 同时跟踪显示4路信号，将发射端一线接地，一线引入示 波器，同时引入B、C点信号，对比有：
接收电路
接收电路采用TL852作为处理，TL852是专用的超声波测距 避障模块，用专用模块采集处理，对信息有很好的保护， 不至失真。其图如下：
5V
C11
L2
104
C13
1.5m H
103
SO U T
TL852
VCC
R9
B IA S
68k
REC
LC
C12
C14
102
G 2IN
G 1O U T
103
R8
Q1
9012
R10
Q2
9012
1k
R11
Q3
9012
1k
5V
C11
104
D3
1N4148
4
U2:A
2 1
3
LMX358AKA-T
8
D2
1N4148
R10
510
SOUT
SOUT
C14
102
TL852
VCC BIAS
REC
LC
G2IN G1OUT
GADJ G1IN
XIN
GND
R9
68k
C12
103
R8
4.7k
C1 1nFC2
1nF
声波探头
VCC
BUZ1
BUZZER
Q1 R1
1k PNP
单片机
GND
U1
GND DQ
VCC
1 2 3
27.0
DS18B20
VCC
单片机
JP1
JUMPER
N1
D882
R1
200
U2
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN ALE EA
1 2 3 4 5 6 7 8
产生脉冲引脚 1
2 3 4 5 6 7 8
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
A T89C 51
P0.0/AD 0 P0.1/AD 1 P0.2/AD 2 P0.3/AD 3 P0.4/AD 4 P0.5/AD 5 P0.6/AD 6 P0.7/AD 7
P2.0/A 8 P2.1/A 9 P2.2/A 10 P2.3/A 11 P2.4/A 12 P2.5/A 13 P2.6/A 14 P2.7/A 15
R10
510
D2
1N 4148
D3
1N 4148
SO U T
8
U 4A
3 1
2
LM V58
4
8
R11 1R01k2
10k
U 4B
3
1 U ltrain
2
LM V58
4
发射与接收传感器
本次设计综合各方面的因素考虑，决定采用运用较为广泛的TCT40— 16T作为超声波发射探头，采用TCT40—16R作为超声波的接受探头， TCT40—16T/R具有抗温度、湿度的能力，环境的温度湿度变化对其 性能影响不大，能在极其恶劣的条件下较为稳定工作，而且TCT40— 16T/R具有很好的抗撞击、振动的能力 。实际上，超声波的接收和发 射探头是集成在一起的，如图：
R2 6R230 6R240
620
1 OE
620
7U41LS:B244
R5
11 13 15 17
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
9 7 5 3
R6 6R270 6R280
620
19 OE
620
74LS244
R9
1k
U1:A
4
R12
2
1
R101k 1
3
10k
8
LMX358AKA-T
Ultrain
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
AT89C51
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
39 38 37 36 35 34 33 32
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
21 22 23 24 25 26 27 28
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1
P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
10 11 12 13 14 15 16 17
U1:A
R1
2 4 6 8
A0 A1 A2 A3
Y0 Y1 Y2 Y3
18 16 14 12
声波的反射
发射接收时差t
温度对声速的影响
温度的变化对声速的影响非常明显，温度对声速 的影响见下表。
温度 -30 -20 -10 0 10 20 30 100
声速 313 319 325 333 338 344 349 386 表中的数据得知，温度的升高使得声速变大，且 变化明显可见，因此在设计中不得不考虑温度对 声音的影响。
A点信号
B点信号
C点信号
显示中可以看出A点的信号被放大了，信号未显示为方波，是因为变压 器的电感影响。上图E点的电平值为5V，如果拟定3V，则如波图如下：
从图中知道，3V时，A、B幅值有所降低，因为E点加入的电平高于C点， 当E点的值变化时，将影响A点的值，从这点可以看出，通过控制E点 的电压，能够影响发射端的强弱，我们会根据不同的运用场合，变化 E点的值，达到不同的效果
C13
103
L2
1.5mH
C9
L1
6.5mH
接受探头
R7
4.7k
C10
程序流程
开始 系统初始化
发射超声波脉冲 等待反射超声波
计算距离 显示结果
实物仿真
此次仿真采用上海浩豚电子科技的多用集 成电路板。
总结
本次设计超声波避障系统，以单片机 为计时主控，结合各外围电路，系统 本身简单，操作方便，但也存在很多 不足，例如就实物仿真这一块，测试 很不稳定，系统有待完善。同时，通 过此次设计让我有了很多体会，我相 信在日后的学习中会对我有所帮助。
GADJ
4.7k
R7
G 1IN
4.7k
X IN
GND
C9
L1
6.5m H
接受探头
C10
上述电路图只是对信号的处理，程序设定中，单片机是要
接收中断信号的，单片机引脚扫描一引脚，无信号时，计 时不中断，当信号过来时，计时停止。但TL852处理的信 号是不能被单片机扫描接收的，所以还有一个信号处理电 路，它是为了将TL852的输出转换为单片机需要的中断信 号其电路如图所示 ：
温度电路
为满足精度要求，在整个设计中，我们考虑温度的影响。 温度传感器种类众多，在高精度，高可靠性的场合，由 DALLAS公司生产的DS18B20将作为首选，它体积小、功率 小、抗干扰能力强。加入温度监测，电路如图：
GND
U1
GND DQ
VCC
1 2 3
27.0
DS18B20
VCC
单片机
报警电路
19 O E
74LS244
R1 R2 66RR223400
620 620
R5 R6 66RR227800
620 620
R9
1k
Q1
9012
R10
1k
Q2
9012
R11
1k
Q3
9012
显示电路仿真
仿真时，对单片机下载程序，由程序知，显示引脚连接 P0.0~P0.7,P2.0~P2.2.但是没有中断信号进来，显示器的 显示如图：
工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ） 课题：超声波避障系统设计 班级：机电072班 姓名：罗家亮 学号：1664070212 指导老师：权悦
超声波避障系统设计
概述
随着科学技术的不断发展进步，超声波检 测避障技术也得到重视。超声波检测避障， 以其特有的性质，应用在医学，军事，工 业技术中。
总体设计思路
本设计由AT89C51单片机为计时主控单元，功能由外围电 路完成，包括发射电路，接收电路，显示电路，温度监测 电路，报警电路，电源电路等。
电源电路 温度电路 显示电路 报警电路
AT89C51
发射电路 发射探头 接收探头 接收电路
温度监测 有回波时
工作流程
开始 单片机 发射电路工作
接收引脚扫描
接收完成
本次设计的处理器，我采用了目前应用较多的51系列单片机 AT89C51单片机，AT89C51的优势在于片内有Flash存储器，它继承 了MCS—51的原有功能，能和其他一些AT89系列单片机兼容。使用 时功能引脚如图：
U1
19 XTAL1 18 XTAL2
9 RST
29 30 31
PSEN A LE EA
显示数据
报警
超声波测距原理
超声波测距是利用超声波的声阻抗特性，当声波遇到两个 声阻抗特性不同的介质时就会发生反射，如左图。声波通 过发射探头发射出去时，计时器开始计时，当接收脚接收 到声波回波时，计时停止。如右图，脉冲信号发射后，时 隔t时间后，被接收，如果知道当时的声速v，就可以由位 移公式S=vt/2求出。
由于是避障系统，当距离达到或小于某一数值时，希望能被报警，引 起警戒，所以设计中加入了报警系统，它由单片机控制蜂鸣器来工作。 我们设定S0为警戒报警值，当S> S0时，单片机一引脚导通，经三极管 对信号放大，蜂鸣器响起，其电路图如图：
VCC
BUZ1
BUZZER
Q1 R1
1k PNP
单片机
单片机的选择