基于單片機(jī)的超聲波測距儀設(shè)計(jì)-全文預(yù)覽
【正文】 收到反射波的時(shí)間。我們知道 C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)） ，又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)） ，所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。圖 22 超聲波發(fā)射電路原理圖 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 3圖 23 超聲波檢測接收電路 超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用 AT89C51，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有 4K 的 ROM，便于編程。 超聲波檢測接收電路集成電路 CX20226A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 22 所示。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(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。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 2掉電方式：保存 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測距原理 51 系列單片機(jī)的功能特點(diǎn) 5l 系列單片機(jī)中典型芯片 (AT89C51)采用 40 引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB 的 ROM，256 B 的 RAM，2 個(gè) 16b 的定時(shí)／計(jì)數(shù)器 TO 和 T1，4 個(gè) 8 b 的工／O 端 I：IP0，P1，P2 ，P3 ，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。單片機(jī)采用 AT89C51 或其兼容系列。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時(shí)器 單片機(jī) 控制 顯示器圖 11 超聲波測距儀原理框圖2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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接收電路三部分。顯示電路采用簡單實(shí)用的 4位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。空閑方式：CPU 停止工作，而讓 RAM、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測距原理 單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 tr，然后求出距離 S＝Ct／ 2，式中的 C 為超聲波波速。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C 與溫度有關(guān)。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。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。距離的計(jì)算公式為： d=s/2=(ct)/2 （1） 其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程，c 為聲速，t 為聲波來回所用的時(shí)間。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。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（這也就是超聲波測距儀會有一個(gè)最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。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)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。根據(jù)測量范圍要求不同，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。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(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)際使用的測量要求。以數(shù)字的形式顯示測量距離。超聲波測距儀硬件電路的設(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接收電路三部分。顯示電路采用簡單實(shí)用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波檢測接收電路主要是由集成電路 CX20226A 組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(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。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。小組成員姓名 班級 學(xué)號蘇 濤 07 電子二班 07205010244胡 朝 07 電子二班 07205010215楊宇翔 07 電子二班小組成員簽字：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 8附錄附錄 1 超聲波測距電路原理圖 253764*?espFul七E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 9附錄 2 超聲波測距程序清單INCLUDE DEFINE K1 P3_4DEFINE CSBOUT P3_5 //超聲波發(fā)送DEFINE CSBINT P3_7 //超聲波接收DEFINE CSBC=DEFINE BG P3_3 UNSIGNED CHAR CSBDS,OPTO,DIGIT,BUFFER[3],XM1,XM2,
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