超聲波智能測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文-文庫吧
2025-04-24 09:47 本頁面
【正文】 中的傳播速度 。 t— 超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間 . 將（ 2— 2）、（ 2— 3）代入（ 21）中得： ]cos[21 HLarctgvtH ? (24) 其中 ,超 聲波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù) ( 例 如 在 溫 度 T=30 度時(shí) ,V=349m/s)。當(dāng)需要測(cè)量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L時(shí) ,則 (3— 4)變?yōu)?: 3 vtH 21? (25) 所以 ,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測(cè)量的距離 H. 3 硬件 設(shè)計(jì) 單片機(jī)的簡介 ATMEL的 AT89C52是一種高效微控制器 ,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下： (1) AT89C52系列單片機(jī)以 8051為內(nèi)核，與 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容 。 (2) AT89C52系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi) 部含有Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。 (3) AT89C52采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能。 (4) AT89C52單片機(jī) 為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 （ 5）看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可 單片 機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖： 圖 本次設(shè)計(jì)各引腳功能： P0口用于 LCD的液晶顯示信號(hào)輸入端口； 用于超聲波的發(fā)射和接收； 路的信號(hào)輸出端口； 18/19腳用于時(shí)鐘電路；9腳用于復(fù)位電路。 最小系統(tǒng)及示意圖： 單片機(jī)最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。 如圖所示： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) (1)時(shí)鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的 XATL1和 XATL2（ 18/19腳）用來接石英晶體和 微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇 3M24M，電容選擇 30pF 左右。 圖 時(shí)鐘電路 （ 2） 復(fù)位電路 單片機(jī)在 RESET 端加一個(gè)大于 20ms 正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，工作在 9腳。 圖 復(fù)位電路 （ 3）顯示電路 LCD12864液晶屏漢字顯示， P0端為顯示信號(hào)的輸入端， PSB腳控制 LCD12864的工作方式（串行 /并行），如下圖： 4 圖 LCD12864顯示電路 （ 4）報(bào)警電路 蜂鳴器是一塊壓電晶片，在其兩端加上 3V5V的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz左右 的蜂鳴聲。 圖 報(bào)警電路 (5) 傳感器電路 HCSR04超聲波測(cè)距模塊實(shí)物圖： 圖 模塊工作原理： (1)采用 IO觸發(fā)測(cè)距，提供至少 10us的高電平信號(hào) 。 (2)模塊自動(dòng)發(fā)送 8個(gè) 40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回； (3)有信號(hào)返回，通過 IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間．測(cè)試距離 =(高電平時(shí)間 聲速(340m/S))/2。 傳感器調(diào)解電路圖 ： 圖 4 軟件設(shè)計(jì) 圖 程序流程圖 程序 執(zhí)行過程： （ 1） 單片機(jī)初始化； （ 2） 檢測(cè)有無回波； （ 3） 定時(shí)初始化； （ 4） 發(fā)送超聲波； （ 5） 關(guān)閉外部中斷，讀取時(shí)間，計(jì)算距離； （ 6） 判斷是否超過閾值，是否報(bào)警； （ 7） 循環(huán)執(zhí)行程序。 5 仿真 （ 1）仿真電路圖： 5 圖 仿真圖 說明：仿真時(shí)用的是 LCD1602顯示 （程序自行設(shè)計(jì)） ，由于沒有超聲波接、發(fā)部分，顯示 值 為零。 （ 2） 超聲波發(fā)射端口波形圖如下 （為40khz左右的脈沖信號(hào)） ： 圖 波形仿真圖 6 調(diào)試 附錄表 1 ： 實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源于系統(tǒng)誤差，包括對(duì)真值 確定時(shí) 的系統(tǒng)誤差、人為操作不規(guī)范而引起的誤差以及環(huán)境干擾而引起的不可避免的誤差等 。 本次設(shè)計(jì)采用的是 HCSR04超聲波傳感探頭， 對(duì) 其 測(cè)距 性能 的范圍要求為 4cm4m，故實(shí)驗(yàn)是選取的測(cè)量距離是在其有效地測(cè)量范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)測(cè)量。 就超聲波探頭的有限范圍內(nèi)的相對(duì)誤差分析在 %的范圍內(nèi)，測(cè)量精度高，實(shí)現(xiàn)了 。 7 總結(jié) 一、 總體電路的設(shè)計(jì)考慮 通過本次的學(xué)習(xí)，我們對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)有了深刻的認(rèn)識(shí)，一個(gè)電路性能的優(yōu)越性在于整體電路結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，要從 多個(gè)方面 著手 ，包括：元器件的選擇，總體電路的布局以 及焊接的美觀等多個(gè)方面進(jìn)行考慮。 二 、 顯示電路的優(yōu)化 本次設(shè)計(jì)采用 LCD12864作為顯示模塊，眾所周知， LCD12864不僅顯示直觀，而且能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的顯示，其中 LCD12864的 PSB引腳是控制 I/O的串 /并行工作方式的。當(dāng)PSB接入高電平時(shí)， D0D7口需要接入，如果 PSB引腳接的是 GND，則無需接任何電阻。本次設(shè)計(jì)將 PSB引腳接了 GND使得電路更加簡單。 8 結(jié)論 一、 實(shí)時(shí)顯示 LCD12864能夠做到實(shí)時(shí)顯示 。 二、 應(yīng)用廣泛 由超聲波作為測(cè)距工具，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：液體深度測(cè)量、倒車 雷達(dá)、工程勘測(cè)等等。 三、測(cè)量精度高 在原有測(cè)距范圍 4cm4m的基礎(chǔ)上，提 高了測(cè)量的精度，可達(dá)到 量。 四、性價(jià)比高 與傳統(tǒng)的測(cè)距電路設(shè)計(jì)比較，本次設(shè)計(jì)優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)，使電路結(jié)構(gòu)更加簡單，并且采用的元器件價(jià)格便宜，所有功能均能實(shí)現(xiàn)，而且效果得到明顯的改善。總體功耗明顯降低，因此性價(jià)比相對(duì)較高。 6 附錄表 1 表 1測(cè)量結(jié)果及誤差分析 距離 銅板（實(shí)測(cè)） 相對(duì)誤差 朔料（實(shí)測(cè)） 相對(duì)誤差 紙板（實(shí)測(cè)） 相對(duì)誤差 1cm % % % 2cm % % % 3cm % % % 4cm % % % 5cm % % % 6cm % % % 7cm % % % 8cm % % % 9cm % % % 10cm %
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