基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)-wenkub
2023-02-02 15:09:10 本頁面
【正文】 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(如圖 23)。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。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。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。5l 系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash 可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(E~PROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。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。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。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 1基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)1 總體設(shè)計(jì)方案介紹 超聲波測(cè)距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度 υ 在空氣中傳播，在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測(cè)物體的距離。表 11 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100聲速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386表 11 超聲波測(cè)距儀原理框圖如下圖單片機(jī)發(fā)出 40kHZ 的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送 LED 顯示。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)。 5l 系列單片機(jī)提供以下功能： 4 kB 存儲(chǔ)器；256 BRAM；32 條工／O 線；2 個(gè) 16b 定時(shí)／計(jì)數(shù)器；5 個(gè) 2 級(jí)中斷源；1 個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(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。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20226A 接收超聲波(無信號(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。其中只畫出前方測(cè)距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測(cè)距電路與前方測(cè)距電路相同，故省略之。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。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 4MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 ；開外部中斷 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。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。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 語言編寫。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。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。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 1cm。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。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。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)。上位電阻 R1O、R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。適當(dāng)更改電容 C4 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。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。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。BIT CL。 //顯示函數(shù)VOID TIMETOBUFFER()。VOID K3CL()。 //開中斷 TMOD=0X11。 TL0=0X00。 CSBINT=1。 JPJS=0。 K4CL()。 IF(SSJ3) { BUFFER[2]=0X76。 BUFFER[1]=0X40。 //將值轉(zhuǎn)換成 LED 段碼 OFFMSD()。 }}VOID SCANLED() //顯示功能模塊{ DIGIT=0X04。OPTO。 //P1 口置高電平（關(guān)閉） IF((P3amp。 XM1=(S100*XM0)/10。 BUFFER[0]=CONVERT[XM0]。 CSBDS++。
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