【正文】 電子信息工程技術(shù)畢業(yè)論文：超聲波測(cè)距與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題超聲波測(cè)距與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專題 溫度補(bǔ)償專題 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 學(xué)生姓名 班 級(jí) 10 電信 2 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日期 摘 要 超聲波具有指向性強(qiáng)能量消耗慢傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)所以在利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的測(cè)距方案中超聲波測(cè)距是目前應(yīng)用最普遍的一 種它廣泛應(yīng)用于建筑施工防盜倒車水位測(cè)量以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 本設(shè)計(jì)采用以 STC89C52 單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)由主程序預(yù)置子程序發(fā)射子程序接受子程序顯示子程序語(yǔ)音播報(bào)子程序等模塊組成發(fā)射模塊發(fā)射超聲波接受模塊接受回波單片機(jī)計(jì)算距離顯示測(cè)量結(jié)果換能器的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案最后通過(guò)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊 Abstract Ultrasonic has directivity is strong energy consumption is slow propagation distance etc so the use of sensor technology and automatic control technology bination of ranging scheme ultrasonic ranging is the application of the most mon one It is widely used in construction guard against theft backing water level measurement and some industrial field This design USES the STC89C52 with singlechip microputer as the core of the ultrasonic ranging hardware circuit and software design method The whole circuit adopts modular design the main program preset subroutine emission subroutine accept subroutine display subroutine voice broadcast subroutine modules etc Emission module launch ultrasonic accept module accept echo microcontroller calculating distance display measurement results Transducer signal by single chip microputer integrated analysis processing the ultrasonic range finder all sorts of functions On the basis of the overall scheme of the design of the system and finally through the hardware and software to realize the function of each module 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 11 課題設(shè)計(jì)目的及意義 1 目的 1 意義 1 12 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 1 13 課題研究的主要內(nèi)容 2 第二章 總體方案 3 21 方案選擇 3 22 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)思路 3 超聲波測(cè)距原理 3 超聲波測(cè)距原理框圖 3 23 元器件選擇 4 第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 31 STC89C52 單片機(jī)的功能及特點(diǎn) 5 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) 8 33 超聲波測(cè)距模塊 9 HCSR04 實(shí)物圖 9 術(shù)參數(shù) 10 HCSR04 工作原理 10 34 超聲波發(fā)射電路 10 35 超聲波接收電路 11 36 DSB18B20 溫度傳感器 12 實(shí)物與引腳定義 12 DS18B20 主要特性 13 37 語(yǔ)音播報(bào)模塊 13 38 顯示單元 15 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 41 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) 17 42 主程序流程圖 17 43 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 18 44 語(yǔ)音模塊子程序 20 第五章 溫度補(bǔ)償 22 51 設(shè)計(jì)方案 22 52 硬件設(shè)計(jì) 23 集電路 23 53 軟件設(shè)計(jì) 24 集 24 償設(shè)計(jì)及距離計(jì)算 28 第六章總結(jié) 30 致 謝 31 參考資料 32 附錄一 實(shí)物圖 33 附錄二 原理圖 34 附錄三 源程序 35 第一章 緒論 1112 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 國(guó)外在提高超聲波測(cè)距方面做了大量的研究國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也作了相關(guān)的研究目前 超聲波測(cè)距方法主要有三種 1相位檢測(cè)法精度高但檢測(cè)范圍有限 2聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響 3 渡越時(shí)間法工作方式簡(jiǎn)單直觀現(xiàn)在對(duì)超聲波測(cè)距的精度主要取決于所測(cè)的超聲波傳輸時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中的傳輸速度二者中以傳輸時(shí)間的精度影響較大所以大部分文獻(xiàn)采用降低傳輸時(shí)間的不確定度來(lái)提高測(cè)距精度溫度對(duì)傳感器的影響也很大因此需要用溫度傳感器進(jìn)行校正目前相位探測(cè)法和聲譜輪廓分析法或二者結(jié)合起來(lái)的方法是主要的降低探測(cè)傳輸不確定度的方法 13 課題研究的主要內(nèi)容 為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)出物體之間的距離的目的設(shè)計(jì)了一個(gè)超聲波測(cè)距的方案超聲波測(cè)距 通過(guò)發(fā)出超聲波并接收反射回來(lái)的回波并通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算就可以知道物體的距離應(yīng)用以下三種技術(shù) a 單片機(jī)技術(shù) STC89C52 系列的單片機(jī)具有體積小重量輕結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單成本低廉可以實(shí)現(xiàn)一般的控制功能的優(yōu)點(diǎn)而且單片機(jī)更適用應(yīng)用于小型的嵌入式系統(tǒng)因此它得到了廣泛的應(yīng)用現(xiàn)代人類生活大部分電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī) b 超聲波測(cè)距技術(shù)超聲波測(cè)距技術(shù)與一般測(cè)距技術(shù)相比具有操作方便系統(tǒng)簡(jiǎn)單以及計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn) c 顯示技術(shù)數(shù)據(jù)處理數(shù)碼管顯示測(cè)出與物體之間的距離 d 語(yǔ)音模塊技術(shù) ISD1730A 芯片來(lái)語(yǔ)音播報(bào)距離 第二章 總體方案 21 方案選擇 采用單片機(jī)來(lái)控制超聲波測(cè)距信號(hào)線發(fā)射到與超聲波發(fā)射器相連的信號(hào)端超聲波發(fā)射器向既定方向發(fā)射在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)超聲波在空氣中傳播途中碰到障礙物將產(chǎn)生回波 22 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)思路 超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距的方法有多種如相位檢測(cè)法聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等相位檢測(cè)法雖然精度高但檢測(cè)范圍有限聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響 本測(cè)距系統(tǒng)采用超聲波渡越時(shí)間檢測(cè)法其原理為檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間 t 這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間然后求出距離 l 設(shè) l 為測(cè)量 距離 t 為往返時(shí)間差超聲波的傳播速度為 c 則有 l ct2 超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)再由單機(jī)計(jì)算出距離送數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340 米 15℃時(shí)是時(shí)刻是聲波時(shí)刻 t1 得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值假定 t1 003S 則有 340m003S 102m 由于在這 102m 的時(shí)間里超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離 圖21 測(cè)距原理 因?yàn)棣?2 角度較小可以忽略不計(jì)所以 L≈ S 超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下 L C x t2 t1 2 超聲波測(cè)距 原理框圖 超聲波測(cè)距模塊用 HCSR04 溫度傳感器使用 DS18B20 微處理器使用STC89C52 單片機(jī)顯示部分采用共陽(yáng)數(shù)碼管 HCSR04 集成的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波遇到障礙物產(chǎn)生回波被接收電路模塊接收 STC89C52 單片機(jī)統(tǒng)計(jì)出聲波傳輸所用時(shí)間經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償溫計(jì)算出正確的待測(cè)距離同時(shí) ISD1730A 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行組合播報(bào)當(dāng)前測(cè)試距離并且由數(shù)碼管顯示 圖 22 超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 23 元器件選擇 由于測(cè)量距離的精度和長(zhǎng)度要求不是很高精度達(dá)到 2cm 測(cè)量距離達(dá)到 2m 即可因此超聲波模塊選用價(jià)格低廉且實(shí)用的 HCSR04 即可 控制核心部分選擇實(shí)用的 STC89C52 單片機(jī)即可滿足計(jì)算和控制要求 溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅鬟x擇普遍且實(shí)用的 DS18B20 語(yǔ)音播報(bào) ISD1730A 是華邦公司新推出的語(yǔ)音芯片用來(lái)替代已經(jīng)停產(chǎn)的ISD1400 系列及 ISD2500 系列芯片 IS