《現(xiàn)代通信技術(shù)》專業(yè)課程設(shè)計(jì) --基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-04-21 14:02 本頁(yè)面
【正文】 一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本 次設(shè)計(jì)采用 STC89C52單片機(jī)作為控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。 如圖 所示，為超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理框圖， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及器件的選擇正是在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。整個(gè)系統(tǒng) 由 STC89C52 芯片、超聲波發(fā)射模塊、超聲4 上海師范 大學(xué) 天華 學(xué)院 電信系現(xiàn)代通信技術(shù)專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 波接收模塊、 LED 數(shù)碼管顯示模塊、報(bào)警模塊以及穩(wěn)壓電源組成，最后通過(guò)硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。 圖 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理框圖 從 STC89C52 芯片 IN 腳輸入 40KH 的方波信號(hào)，也可從單片機(jī)的 I/O 口連續(xù)發(fā)出高低電平，產(chǎn)生方波，方波的個(gè)數(shù)一般為 10 個(gè)左右，發(fā)出后用戶啟動(dòng)定時(shí)器，開始計(jì)時(shí)，此時(shí)，超聲波發(fā)射頭開始發(fā)出超聲波，當(dāng)發(fā)出的超聲波被前方的障礙物返射回來(lái)，返射回來(lái)的超聲波被接收探頭接收到，此時(shí)，模塊的 OUT 引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從高電平到低電平的跳變，此時(shí)要停止計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)時(shí)的時(shí)間，根據(jù)公式 計(jì)算測(cè)量距離： 測(cè)量距離 = [時(shí)間 * 聲速 ( 340m/s ) ] / 2 （ ） 距離測(cè)量完畢后，將在 LED 數(shù)碼管上顯示目前的 距離，當(dāng)距離小于 25cm 或大于 27cm 時(shí)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，報(bào)警完畢后，系統(tǒng)復(fù)位，重新開始測(cè)距。 超聲波模塊測(cè)得的是被測(cè)物體與探頭之間的垂直距離，測(cè)量時(shí)要保持探頭正對(duì)被測(cè)物體。超聲波測(cè)量會(huì)受環(huán)境風(fēng)速、溫度等的影響。由于超聲波有測(cè)量盲區(qū)的固有特性，當(dāng)測(cè)量位置發(fā)生變化而接收到的數(shù)據(jù)不變時(shí)，說(shuō)明進(jìn)入了測(cè)量盲區(qū)。 LED 顯示 報(bào)警 穩(wěn)壓電源 發(fā)射電路 接收電路 發(fā)射 探頭 接收 探頭 STC 89 C52 上海師范 大學(xué) 天華 學(xué)院 電信系現(xiàn)代通信技術(shù)專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 5 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) STC89C52 芯片介紹 STC89C52 系列單片機(jī)是新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，是MCS51 系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品。它在指令系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和片內(nèi)資源中與 標(biāo)準(zhǔn)的 8052 單片機(jī)完全兼容， DIP40 封裝系列與 8051 為 pintopin 兼容，指令代碼是與 8051 完全兼容的單片機(jī) [4]。 8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路 ,工作頻率為 0～ 24MHz；片內(nèi)有256 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM；片內(nèi)還有 8K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器 ROM； 4 個(gè) 8位的并行 I/O 口（ P0、 P P P3）； 1 個(gè)全雙工串行通訊口； 3 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T0、 T T2）可處理 6 個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)。 — :8 位數(shù)據(jù)口和輸出低 8 位地址復(fù)用口 (復(fù)用時(shí)是雙向口、不復(fù)用時(shí)也是 準(zhǔn)雙向口 )； — : 通用 I/O 口（準(zhǔn)雙向口）； — : 輸出高8 位地址（用于尋址時(shí)是輸出口、不尋址時(shí)是準(zhǔn)雙向口）； — : 具有特定的第二功能（準(zhǔn)雙向口） [1]。注意：在不外擴(kuò) ROM/RAM 時(shí)， P0～ P3 均可作通用 I/O 口使用，而且都是準(zhǔn)雙向 I/O 口；并且 P0 口需外接上拉電阻， P1— P3可接也可不接，但用作輸入時(shí)都需要先置“ 1”。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由電源、復(fù)位、振蕩電路以及擴(kuò)展部分等部分組成 。 對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要 考慮的 就是為整個(gè)系統(tǒng) 提供電源 的 供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。最小系統(tǒng)中的電源供電模塊的電源可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的 USB 口供給，也可使用外部穩(wěn)定的 5V電源供電模塊供給。 6 上海師范 大學(xué) 天華 學(xué)院 電信系現(xiàn)代通信技術(shù)專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組 成。 單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以 上時(shí)復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時(shí)間必須大于單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期 。 最小 系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全 稱 叫晶體振蕩器， 它 結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片 機(jī) 接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率 上 [6]。 如圖 ，為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖。 P 1. 0( T 2)1P 1. 1( T 2E X )2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5( M O S I )6P 1. 6( M O S I )7P 1. 7( S C K )8P 3. 0( R X D )10P 3. 1( T X D )11P 3. 2( I N T 0)12P 3. 3( I N T 1)13P 3. 4( T 0)14P 3. 5( T 1)15P 3. 6( W R )16P 3. 7( R D )17R E S T9X119X218G N D20( A D 0) P 0 .039( A D 1) P 0 .138( A D 2) P 0 .239( A D 3) P 0 .327( A D 4) P 0 .435( A D 5) P 0 .534( A D 6) P 0 .633( A D 7) P 0 .732( A 8 ) P 21( A 9 ) P 22( A 1 0) P 2 .223( A 1 1) P 2 .324( A 1 2) P 2 .425( A 1 3) P 2 .526( A 1 4) P 2 .627( A 1 5) P 2 .728V C C40E A / V P31A L E / P30P S E N29S T C 89 C 5 2X T A L 11 .05 92C930 P FC 1030 P F+ C110 μ FR210KS1R E S E TV C CR11KP 3. 6P 3. 2P 3. 3 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 上海師范 大學(xué) 天華 學(xué)院 電信系現(xiàn)代通信技術(shù)專業(yè) 課程設(shè)計(jì) 7 超聲波模塊 超聲波發(fā)射模塊 發(fā)射電路由脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射電路組成。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生 40KHz 脈沖電壓。它由與非門和電阻電容構(gòu)成振蕩電路，由 STC89C52 芯片的 口控制其是否工作。脈沖產(chǎn)生電路的輸出電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓后輸出到超聲波傳感器 [3]。其中，脈沖變壓器對(duì)脈沖電壓變換值的大小直接影響測(cè)
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