基于51單片機(jī)超聲波測(cè)距器的制作(已修改)
2025-07-01 13:14 本頁(yè)面
【正文】 超聲波測(cè)距器——陳燎江 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)報(bào)告姓 名： 陳燎江學(xué) 號(hào)： 05專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)班指導(dǎo)教師： 朱水金設(shè)計(jì)題目： 超聲波測(cè)距器完成時(shí)間： 2011年6月24日功能（25%）實(shí)訓(xùn)（55%）設(shè)計(jì)報(bào)告（20%）總 評(píng)簡(jiǎn)易難度（15%）控制方式（10%）原理圖（10%）裝配圖（10%）器件焊接（5%）軟件控制（10%）功能實(shí)現(xiàn)（10%）質(zhì)量評(píng)估（10%）格 式（5%）內(nèi) 容（15%）指導(dǎo)教師簽名： 目 錄目 錄 1第1章 緒言 2 課程設(shè)計(jì)的目的 2 課程的具體要求及任務(wù) 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 2 發(fā)揮部分 2 超聲波測(cè)距的原理 3第2章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 4 4 4 5 5 6 7 8 8 9 10 10單片機(jī)編程產(chǎn)生超聲波，在系統(tǒng)發(fā)射超聲波的同時(shí)利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能開(kāi)始計(jì)時(shí)，接收到回波后，接收電路輸出端產(chǎn)生的負(fù)跳變?cè)趩纹瑱C(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，停止計(jì)時(shí)，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，然后通過(guò)軟件譯碼，將數(shù)據(jù)輸出P0口顯示。 10第3章 方案比較 18 18 18 18第4章 超聲波傳感器 20 20 20 21 22第5章 電路調(diào)試及分析 24 24 24結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27附錄 28第1章 緒言 課程設(shè)計(jì)的目的隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來(lái)越廣。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的測(cè)距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波測(cè)距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿(mǎn)足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿(mǎn)足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線(xiàn)譜檢測(cè)的潛艇拖曳線(xiàn)列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。勿庸置疑，未來(lái)的超聲波測(cè)距儀將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作用。 課程的具體要求及任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù) 利用超聲波傳感器、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用LCD液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示距離的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。 根據(jù)方案設(shè)計(jì)原理電路；供電電壓5V，測(cè)距范圍10~300cm。 發(fā)揮部分 實(shí)現(xiàn)可調(diào)報(bào)警功能。 可實(shí)現(xiàn)記憶功能。 精確度可達(dá)毫米。 超聲波測(cè)距的原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波, 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t，然后求出距離 (11)式(11)中的c為超聲波在空氣中傳播的速度。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍，減少測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波發(fā)射聲波范圍，其波速v與溫度有關(guān)，表11列出了幾種不同溫度下的波速。溫度(℃)－30－20－100102030100聲速(m/s)313319325323338344349386表11 聲速與溫度的關(guān)系波速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間t，即可求得距離S。其系統(tǒng)原理框圖如圖11所示。 圖11 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖單片機(jī)STC89C52發(fā)出短暫的40kHz信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射頭輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收頭作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對(duì)此信號(hào)鎖定，產(chǎn)生鎖定信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，讀出時(shí)間t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示。第2章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)產(chǎn)生的40kHz的方波需要進(jìn)行放大，才能驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路其實(shí)就是一個(gè)信號(hào)放大電路，本課題所選用的是CD4069集成芯片，圖21為發(fā)射電路圖。 圖21 發(fā)射電路原理圖 CD4069內(nèi)部集成了六個(gè)反向器，同時(shí)具有放大的功能。CD4069的管腳如圖22 所示。 圖22 CD4069管腳圖集成電路CX20106A是一款紅外線(xiàn)檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C1的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力，接收電路如圖23所示。圖23 接收電路原理圖本實(shí)驗(yàn)使用的是1602液晶顯示屏，功能可靠、顯示功能操作簡(jiǎn)單價(jià)格便宜。圖24示出了LCD1602液晶顯示屏的結(jié)構(gòu)和原理圖。 圖24 顯示電路原理圖 液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD）的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線(xiàn)、面并配合背面燈管構(gòu)成畫(huà)面。 本實(shí)驗(yàn)使用的是LCD1602，它具有體積小、功耗低、現(xiàn)實(shí)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它為5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可顯示兩行，每行可16個(gè)英文字符，內(nèi)置含128個(gè)字符集庫(kù)，只有
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