基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-05-14 09:21 本頁(yè)面
【正文】 （ 1） 其中， d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離， s 為聲波的來(lái)回的路程， c為聲速， t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序， 讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其部分源程序如下： RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ；關(guān)外部中斷 0 MOV R7, TH0 ；讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0? CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH；計(jì)算時(shí)間差 MOV 31H, A ；存儲(chǔ)結(jié)果 電信學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 小組成員：蘇濤 胡朝 楊宇翔 4 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 ；開(kāi)外部中斷 0 POP ACC POP PSW RETI 主程序流程圖 軟件分為兩部 分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖 31（ a）（ b） (c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。 定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA并給顯示端口 P0和 P1清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約 ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì) 有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開(kāi)外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是 12 MHz的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μ s，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式（ 2）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃ 時(shí)的聲速為 344 m/s 則有： d=(c t)/2=172T0/10000cm (2) 其中， T0為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。 測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD碼方式送往 LED顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 電信學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 小組成員：蘇濤 胡朝 楊宇翔 5 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz的方波），脈沖寬度為 12μ s 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確，所以采用匯編語(yǔ)言編程。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0引腳出現(xiàn)低電 平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2以表示此次測(cè)距不成功。 前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī) INT0端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén)IC3A 的輸出接單片機(jī) INT1 端口，同時(shí)單片機(jī) 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。部分源程序如下： RECEIVE1： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX1 ；關(guān)外部中斷 1 JNB , RIGHT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 JNB , LEFT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 RETURN： SETB EX1；開(kāi)外部中斷 1 POP ACC POP PSW RETI RIGHT： ... ；右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN LEFT： ... ；左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN 4 系統(tǒng)的軟硬件的 調(diào)試 超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中 超聲波發(fā)射和接收采用Φ 15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無(wú)特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí) 間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為 ～ ，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò) 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多 次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。 5 設(shè)計(jì) 總結(jié) 由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒(méi)有做出實(shí)物。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。 超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí) 間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。 電信學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 小組成員：蘇濤 胡朝 楊宇翔 6 超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用 AT89C51或其兼容系列。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷 0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。 顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng)。 超聲波 發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以
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