畢業(yè)設(shè)計(jì)—超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 狀態(tài) ， 不計(jì)數(shù) ； 當(dāng)信號(hào)發(fā)射一段時(shí)間后 ， 由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)使系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)射信號(hào) ， 計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù) ， 實(shí)現(xiàn)起始時(shí)的同步 。 在電路中我們采用 PIC 芯片它的優(yōu)點(diǎn)是： 精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高 ； 徹底的保密性 ； 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ， 通過限流電阻可以接至 220V 交流電源 ， 可直接與繼電器控制電路相連 ， 無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。 6 二、 理論分析與計(jì)算 測(cè)量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。其振蕩頻率計(jì)算公式如下： f=((R9+2*R10)*C5) 三、 電路與程序設(shè)計(jì) 檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) A、 器件選擇 ： 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中主要選取了以下一些器件： ： 測(cè)距儀的核心單片機(jī) ： 雙 4 通道的模擬選擇器 /分配器 ： 雙低噪聲運(yùn)算放大器 R4016 T40 5332 B、 芯片介紹 ： PIC16F876A： 28 引腳器件有 3 個(gè) I/O 端口，而 40/44pin 裝置有 5。 8 圖 5 PIC16F879A系列引腳圖 NE5532P： 1 引腳 A 放大器輸出， 2 引腳 A 放大器反相輸入端， 3 引腳 A 放大器同相輸入， 4 引腳負(fù)電源， 5 引腳 B 放大器同相輸入端， 6 引腳 B 放大器反相輸入端， 7 引腳 B 放大器輸出， 8 引腳正電源。 IC 內(nèi)置的譯碼器有 4 個(gè)間接的模擬開關(guān)輸出，對(duì) 2*4 個(gè)通道進(jìn)行選擇 /分配。其引腳圖如圖 7 所示。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 。 RPI 用來校準(zhǔn)振蕩頻率。 RP2 兼作超聲波接收頭的負(fù)載與接收靈敏 度的調(diào)節(jié)電位器。 F、顯示電路原理 超聲波測(cè)距儀顯示模塊如圖 12 所示。 其總體電路圖如圖 13 所示。 其流程圖如圖 15 所示。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。 1 超聲波測(cè)距誤差分析 發(fā)射 接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時(shí)，可知由軟件生成的起始時(shí)間對(duì)于一般 16 要求的精度是可靠的。 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)超聲波測(cè)距 測(cè)量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時(shí)間的影響嚴(yán)重。實(shí)際情況下，溫度每上升或者下降 1oC, 聲速將增加或者減少 /s ，這個(gè)影響對(duì)于較高精度的測(cè)量是相當(dāng)嚴(yán)重的。 17 采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 通過 DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU ，由軟件進(jìn)行聲速換算。 （ 2） 標(biāo)桿校正的方法提高測(cè)距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如果仍舊要求較高的測(cè)量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距精度的校正。因此，只用為測(cè)距設(shè)備設(shè)定 “ 標(biāo)定 ” 和 “ 測(cè)量 ” 兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實(shí)現(xiàn)的高精度測(cè)距功能。 表 1 左邊測(cè)距數(shù)據(jù) 實(shí)際距離 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 測(cè)量 距離 13 14 15 16 17 18 19 21 23 26 誤 差 0 1 1 1 1 1 1 3 3 1 實(shí)際距離 30 35 40 45 50 61 70 80 90 100 測(cè)量 距離 31 37 41 46 50 61 70 80 90 100 誤 差 1 2 1 1 0 0 0 0 0 0 實(shí)際距離 130 150 200 250 270 280 300 310 315 320 測(cè)量 距離 130 149 199 247 269 277 298 308 312 318 誤 差 0 1 1 3 1 3 2 2 3 2 實(shí)際距離 323 327 333 338 343 348 352 359 362 367 測(cè)量距離 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 誤 差 2 3 2 2 2 2 3 1 3 3 表 2 右邊測(cè)距數(shù)據(jù) 實(shí)際距離 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 測(cè)量距離 13 15 16 17 17 18 19 20 36 31 誤 差 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 實(shí)際距離 35 40 45 50 60 70 80 90 100 130 19 測(cè)量距離 36 41 46 51 60 69 79 91 100 131 誤 差 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 實(shí)際距離 150 200 250 270 280 300 310 315 320 325 測(cè)量距離 150 199 249 269 279 299 309 314 319 325 誤 差 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 實(shí)際距離 330 335 340 345 350 355 360 365 370 測(cè)量距離 330 335 339 344 349 355 359 364 369 誤 差 0 0 1 1 1 0 1 1 1 五、創(chuàng)新發(fā)揮 ① 能實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距。 本次超聲波測(cè)距儀器設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距而且單項(xiàng)測(cè)距范圍 13cm300cm，所以雙向測(cè)距的總長(zhǎng)度達(dá)到了 600cm。如果需要 測(cè)得的距離數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在 FLASH 存儲(chǔ)器中。
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