畢業(yè)設(shè)計(jì)－基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告__-_重-wenkub
2022-12-13 07:16:02 本頁(yè)面
【正文】 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 負(fù) 責(zé) 項(xiàng) 目： 設(shè)計(jì)時(shí)間：二〇一四 年 五 月 自動(dòng)化學(xué)院制 目錄 一、設(shè)計(jì)題目 ....................................... 1 基于 51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............... 1 設(shè)計(jì)要求 ........................................ 1 摘要 ............................................... 2 二、設(shè)計(jì)報(bào)告正文 .................................... 3 超聲波測(cè)距原理 .............................. 3 ............................ 4 ......................... 5 ....................... 9 ............................. 13 三、設(shè)計(jì)總結(jié) ...................................... 17 四、參考文獻(xiàn) ...................................... 17 五、附錄 .......................................... 18 附錄一：總體電路圖 ............................. 18 附錄二：系統(tǒng)源代碼 ............................. 18 1 一、設(shè)計(jì)題目 基于 51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 以 51 系列單片機(jī)為核心，控制超聲波測(cè)距系統(tǒng)； 測(cè)量范圍為： 2cm~4m，測(cè)量精度： 1cm； 通過(guò)鍵盤(pán)電路設(shè)置報(bào)警距離，測(cè)出的距離通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)； 當(dāng)所測(cè)距離小于報(bào)警距離時(shí)，聲光報(bào)警裝置報(bào)警加以提示； 設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電子 電路和控制軟件流程及源代碼，并制作實(shí)物。軟件部分采用了模塊化 的設(shè)計(jì)，由系統(tǒng)主程序及各功能部分的子程序組成。 如圖 21 所示： t 超聲波發(fā)射 障礙物 S H θ 超聲波接收 圖 21 超聲波的測(cè)距原理 ?cosSH ? （ 21） )(HLarctg?? （ 22） 式中 : L— 兩探頭中心之間距離的一半 ； 又知道超聲波傳播的距離為 : vtS?2 （ 23） 式中 : v— 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度 ； t— 超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間 ； 4 將式 2 2 23聯(lián)立 得： ]c o s [21 HLarc tgvtH ? （ 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)。 根據(jù)系統(tǒng)功能要求及模塊劃分可繪制出系統(tǒng)硬件框圖，如圖 22 所示： 圖 22 系統(tǒng)硬件框圖 電源接口電路 顯示模塊 超聲波測(cè)距模 塊 鍵盤(pán)模塊 聲光報(bào)警電路 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 5 STC89C52 芯片 STC89C52是 STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié)Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 （ 3）電氣參數(shù) 表 1 HCSR04電氣參數(shù)表 （ 4）超聲波時(shí)序圖 圖 26 超聲波時(shí)序圖 8 （ 5）操作 ： 初始化時(shí)將 trig 和 echo 端口都置低，首先向給 trig 發(fā)送至少 10 us的高電平脈沖（模塊自動(dòng)向外發(fā)送 8 個(gè) 40kHz 的方波），然后等待，捕捉 echo端輸出上升沿，捕捉到上升沿的同時(shí)，打開(kāi)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，再次等待捕捉 echo的下降沿，當(dāng)捕捉到下降沿，讀出計(jì)時(shí)器的時(shí)間，這就是超聲波在空氣中運(yùn)行的時(shí)間，按照測(cè)試距離 =(高電平時(shí)間 *聲速 (340M/S))/2 就可以算出超聲波到障礙物的距離。 （ 3）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū) 9 動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的 公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。如圖 29所示： 圖 29 單片機(jī)最小系統(tǒng) 10 （ 2）電源接口電路設(shè)計(jì) 電源部分的設(shè)計(jì)采用 3 節(jié) 5 號(hào)干電池 供電，如圖 210 所示： 圖 210 電源接口電路 （ 3）超聲波模塊接口 HCSR04 超聲波模塊接口如圖 211所示： 圖 211 HCSR04超聲波模塊接口 11 （ 4） 4 位共陽(yáng)極數(shù) 碼管顯示電路及三極管驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路如圖 212所示： 圖 212 4位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示電路 當(dāng) I/O 口輸出低電平時(shí)，相應(yīng)段被選通，反之則不然。 （ 6） 鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路如圖 215 所示： 圖 215 鍵盤(pán)電路 13 （ 1）各主要模塊 ① 超聲波測(cè)距模塊。將超聲 波測(cè)距測(cè)量值、 報(bào)警設(shè)定值顯示在 4位數(shù)碼管上。主要設(shè)置報(bào)警值。 包括單片機(jī) eepom 存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)操作以及初始化。 T1定時(shí)器用于主程序掃 描時(shí)間的控制。 //定時(shí) 器初始化 init_eepom()。 //測(cè)距離函數(shù) if(menu_1 == 0) //沒(méi)有鍵 按下時(shí)才給緩沖數(shù)組賦新值 smg_display()。 zd_break_en = 0。 //按鍵處理函數(shù)，修改報(bào)警設(shè)定值 } } } （ 3）主程序工作流程圖 圖 216 主程序流程圖 15 （ 4） 超聲波探測(cè)程序流程圖 圖 217 超聲波探測(cè)程序流程圖 16 三、 設(shè)計(jì)總結(jié) 17
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