超聲波傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-02-15 00:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。10101011致謝11參考文獻(xiàn)121 引言傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，其中，超聲波傳感器在測(cè)量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。利用單片機(jī)控制超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且測(cè)量精度較高。超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖圖11 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，是利用單片機(jī)編程產(chǎn)生頻率為40KHz的方波，經(jīng)過發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路放大，使超聲波傳感器發(fā)射端震蕩，發(fā)射超聲波。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。其系統(tǒng)框圖如圖11所示。這種以單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)通過單片機(jī)記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，結(jié)果輸出給LED顯示。利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè)距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。許多超聲波測(cè)距系統(tǒng)都采用這種設(shè)計(jì)方法。2 超聲波測(cè)距工作原理在超聲波探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲測(cè)距大致 有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；② 測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t，故被測(cè)距離為 S=1／2vt。本測(cè)量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通 過溫度補(bǔ)償 的方法加以校正。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。采用AT89S51單片機(jī),晶振12M,P ,顯示電路采用簡(jiǎn)單的3位共陽LED數(shù)碼管,段碼輸出端口為單片機(jī)的P2口，、,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動(dòng)。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)其對(duì)應(yīng)值如表21所示溫度(℃)－30－20－100152030100聲速(m/s)313319325323340344349386表21 聲速與溫度的關(guān)系超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì): 這里我們統(tǒng)一使用的是超聲波在空氣中傳播速度為340m/s（15℃時(shí)）。假設(shè)T2是聲波返回的時(shí)刻，T1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，T2T1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定T2 T1=，則有340（m/s）（S）=（m）。，（m）即實(shí)際距離計(jì)算公式： 超聲波傳感器超聲波發(fā)生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產(chǎn)生超
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