基于at89s52單片機超聲波測距系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-07-15 15:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 繪出程序流程圖，并給出程序清單。 性能指標距離顯示：用三位 LED 數(shù)碼管進行顯示（單位是 CM） 。測距范圍：40CM 到 500CM 之間。誤差：1%。二、超聲波測距原理概述超聲波是由機械振動產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。特別是應用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高。而且超聲波傳感器具有結(jié)構簡單、體積小、信號處理可靠等特點。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限。 聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本儀器采用超聲波渡越時間檢測法。其原理為: 檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，即渡越時間。渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對應值如表 21 ，根據(jù)計時器記錄的時間 t (見圖 21)，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離( s ) ，即: s = v t / 2 。表 21 聲速與溫度的關系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386圖 21 超聲波測距時序圖 超聲波傳感器 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設計和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等。 機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應的原理。所謂壓電逆效應如圖 22 所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。若在圖 a 所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖 b 所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖 c 所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。圖 22 壓電逆效應圖 單片機超聲波測距系統(tǒng)構成單片機 AT89S52 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結(jié)果被送至 LED 數(shù)碼管進行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質(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。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。開始測量超聲波信號開定時器關定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測 電聲換能器電聲換能器驅(qū)動電路圖 23 超聲波測距系統(tǒng)框圖三、設計方案按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。單片機主控芯片使用 51 系列 AT89S52 單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是在單片機課程設計中經(jīng)常使用到的控制芯片。發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調(diào)試工作小較小。圖 31：系統(tǒng)設計框圖硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89S52。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號，端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、口,數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動。 AT89S52 單片機AT89S52 是美國 ATMEL 公司生
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