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正文內(nèi)容

基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀之倒車(chē)?yán)走_(dá)作品設(shè)計(jì)畢業(yè)論文【最新】(編輯修改稿)

2025-07-07 22:28 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鋰等,屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛,鈦酸鋇等。其具有下列的特性:把這種材料置于電場(chǎng)之中,它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變;相反,對(duì)這種材料施以外力,則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。 所以,只要對(duì)這種材料加以交變電場(chǎng),它就會(huì)產(chǎn)生交變的應(yīng)變,從而產(chǎn)生超聲振動(dòng)。因此,用這種材料可以制成超聲傳感器。 傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng),即可發(fā)射聲脈沖,是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí),晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射,后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少,價(jià)格低廉,且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí),根據(jù)壓電效應(yīng), 就會(huì)使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形,這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說(shuō),在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓,它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng),這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介,便會(huì)發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用,這將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形,這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的,機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號(hào)。 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 12 圖 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的,超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ,它有 兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板,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),壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振,并帶動(dòng)共振板振動(dòng),便產(chǎn)生超聲波。反之,如果兩電極間未外加電壓,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)化為電信號(hào),這時(shí)它就成為超聲波傳感器。 壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率,即中心頻率 f0。發(fā)射超聲波時(shí),加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣,超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí),改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸,就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特 性可制成各種頻率的超聲傳感器。 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成,其中,壓電陶瓷晶片是傳感器的核心,錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中,并使傳感器有一定的指向角,金屬殼可防止外界力量對(duì)壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的,但不影響發(fā)射與接收超聲波。 HCSR04超聲波測(cè)距模塊的性能特點(diǎn) HCSR04 超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能,測(cè)距精度可高達(dá) 3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 其 基本工作原理: ( 1)采用 IO口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距,給至少 10us 的高電平信號(hào); ( 2)模塊自動(dòng)發(fā)送 8個(gè) 40khz 的方波,自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回; ( 3)有信號(hào)返回,通過(guò) IO 口 ECH0 輸出一個(gè)高電平,高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離 =(高電平時(shí)間 *聲速 /340M/S) /2; ( 4)當(dāng) TRIG 從 01 時(shí),主控制板啟動(dòng),當(dāng)超時(shí) 10ms 時(shí) ECH0 仍然沒(méi)有出現(xiàn) 150us的 0 信號(hào),表示沒(méi)有障礙。 本模塊性能穩(wěn)定,測(cè)度距離精確,其主要特點(diǎn): ( 1) 超微型,只相當(dāng)于兩個(gè)發(fā)射,接收頭的面積已經(jīng)沒(méi)法再小 了; ( 2)無(wú)盲區(qū)( 10mm 內(nèi)成三角形誤差較大,簡(jiǎn)單可以當(dāng)做 0處理); ( 3)反應(yīng)速度快, 10ms 的測(cè)量周期,不容易丟失高速目標(biāo); ( 4)發(fā)射頭,接收頭緊靠,和被測(cè)目標(biāo)基本成直線關(guān)系; 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 13 ( 5)模塊上有 LED 指示,方便觀察和測(cè)試。 HCSR04的管腳排列和 電氣參數(shù) 管腳簡(jiǎn)介 HCSR04 的外形及管腳排列如圖 所示。 ( 1) VCC 為 5V 電源; ( 2) GND 為地線; ( 3) TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入; ( 4) ECH0 回響 信號(hào)輸出 。 圖 外形及管腳排列 圖 HCSR04 的電氣參數(shù) 電氣參數(shù)如表 : 表 電氣參數(shù)表 電氣參數(shù) HCSR04 超聲波模塊 工作電壓 DC 5V 工作電流 15mA 工作頻率 40Hz 最遠(yuǎn)射程 4m 最近射程 2cm 測(cè)量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號(hào) 10us 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào) 輸出 TTL電平信號(hào),與射程成比例 規(guī)格尺寸 45*20*15mm VCC TRIG ECH0 HCSR04 GND 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 14 圖 超聲波時(shí)序圖 此時(shí)序圖表明只需提供一個(gè) 10us 一上脈沖觸發(fā)信號(hào),該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè)40kHz 周期電平并檢測(cè)回波。一旦 檢測(cè)到右回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?;仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式: uS/58=厘米或者 uS/148=英寸;或是:距離 =高電平時(shí)間 *聲速( 340M/S) /2;建議測(cè)量周期為 60ms 一上,以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 5 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) STC89C52 芯片 本次設(shè)計(jì)我們所采用的是 STC89C52 單片機(jī), 是一種帶 8k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 COMOS8 的微處理器,該器件 有 40引腳,速 度較快,價(jià)格便宜,燒錄方便, 通過(guò)串口即可下載, 還可以 實(shí)現(xiàn) 在線編程 ,采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 復(fù)位電路 為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作,復(fù)位電路是必不可少的一部分,復(fù)位電路的基本功能是:系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào),直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn),電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延遲才撤銷(xiāo)復(fù)位,以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí),單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST持續(xù)為高電平,單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。所以復(fù)位引腳的電容大一點(diǎn)沒(méi)多大關(guān)系,頂多是復(fù)位時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn);但如果電容太小,高電平持續(xù)時(shí)間太短,則單片機(jī)無(wú)法正常復(fù)位,就不能工作,電容通常取 10UF或 22UF,鋁電解電容即可。 單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí),剛開(kāi)始電容是沒(méi)有電的,電容內(nèi)的電阻很低,通電后, 5V 的電源通過(guò)電阻給電解電容進(jìn)行充電,電容兩端的電會(huì)由 0V慢慢的升到4V左右(此時(shí)間很短一般小于 秒),正因?yàn)檫@樣,復(fù)位腳由低電位升到高電位,引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作;當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí),電容兩端放電,電容又回到 0V 了,于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作。電路圖如圖 。 圖 復(fù)位電路 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 16 晶振電路 它是 單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證,如果振蕩器不起振,系統(tǒng)將會(huì)不能工作 。 假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律,系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差,這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯:電路將無(wú)法通信。 它 是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的,晶振和瓷片電容是沒(méi)有正負(fù)的,兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地 ,如圖 所示。 圖 晶振電路 一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài),也可以理解為諧振電容的一部分。它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求負(fù)載電 容選值的,換句話說(shuō),晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測(cè)得的,能最大限度的保證頻率值的誤差 , 也能保證溫漂等誤差。 機(jī)器周期 :通常從內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定 CPU 周期 ,(也就是計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)部或外部總線進(jìn)行一次信息傳輸從而完成一個(gè)或幾個(gè)微操作所需要的時(shí)間 ),它一般由 12 個(gè)時(shí)鐘周期組成。而時(shí)鐘周期 =1 秒 /晶振頻率,因此單片機(jī)的機(jī)器周期 =12 秒 /晶振頻率 , 補(bǔ)充其他幾個(gè)周期: 指令周期( Instruction Cycle):取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間。 總線周期( BUS Cycle):也就是一個(gè)訪存儲(chǔ)器或 I/O 端口操作所用的時(shí)間。 時(shí)鐘周期( Clock Cycle):又稱(chēng)節(jié)拍周期,是處理操作的最基本單位。 (晶振頻率的倒數(shù),也稱(chēng) T狀態(tài) ) 指令周期、總線周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系:一個(gè)指令周期由若干個(gè)總線周期組成,而一個(gè)總線周期時(shí)間又包含有若干個(gè)時(shí)鐘周期。 一般處理器的一個(gè)機(jī)器周期由 12 個(gè)時(shí)鐘周期所組成。所以單片機(jī)用 12M 晶振 ,運(yùn)行速度為 1M。 負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C[6 ],跟晶振特性、單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路等效電容有關(guān)。 兩個(gè)電容的取值都是相同的,或者說(shuō)相差不大,如果相差太 大,容易造成諧振的浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 17 不平衡,容易造成停振或者干脆不起振 。其 起到一個(gè)并聯(lián)協(xié)振的作用,這樣可以讓它的脈沖更平穩(wěn)與協(xié)調(diào) 。 驅(qū)動(dòng)顯示電路 及報(bào)警電路 顯示電路采用 1602 LCD 液晶顯示屏 ,當(dāng)超過(guò)已設(shè)定的距離時(shí),蜂鳴器可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能并可通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)有限距離的調(diào)整 。 1602LCD 液晶顯示屏 1602LCD 顯示屏是一種工業(yè)字符型液晶,所謂 1602 是指顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行,每行 16 個(gè)字符,目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于 HD44780 寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母“ A”的代碼是 01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母“ A”。 其 管腳功能 表和寄存器選擇控制表 如表 和表 所示: 表 管腳功能表 引腳 符號(hào) 功能說(shuō)明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源 ( +5V) 3 V0 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高(對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ,使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度)。 4 RS RS 為寄存器選擇,高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 5 R/W R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線,高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端,下降沿使能。 7 DB0 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位(最低位) 8 D 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 浙江傳媒學(xué)院本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距 18 B1 9 DB2 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 10 DB3 底 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位(最高位)(也是 busy flag) 15 BLA 背光電源正極 1
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