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正文內(nèi)容

基于at89s51單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)20789(編輯修改稿)

2024-07-23 13:11 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能夠不受磁場(chǎng)的感染,因此抗干擾能力強(qiáng)。4. 能與PIN光電二極管直接連接。5. 集電極開路輸出,能直接驅(qū)動(dòng)TTL或COMS電路。6. 8引腳單列直插式塑料封裝。接下來再讓我們來看看它的極限參數(shù),見表2表2 CX20106A的極限參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)參數(shù)值單位電源電壓Vcc17V輸入信號(hào)電壓VIN5V允許功耗PDW工作環(huán)境溫度T120~+75℃貯存溫度T255~+150℃CX20106A引腳功能說明及其參考數(shù)據(jù),見表3表3 引腳功能說明及其參考數(shù)據(jù)引腳符號(hào)功能說明電壓(V)1IN遙控信號(hào)輸入端該腳和地之間聯(lián)結(jié)著PIN光電二極管,該集成塊1腳輸入阻抗約為40177。5kΩ。2C1RC網(wǎng)絡(luò)連接端該腳與地之間接有RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò),用來確定前置放大器頻率特性和增益。電阻值大,容量值小,則增益低;反之則高。但電容不宜過大,否則瞬態(tài)響應(yīng)速度會(huì)降低。3C2檢波電容連接端該腳與地之間接有檢波電容,電容量大為平均值檢波,瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度低;電容量小,則為峰值檢波,瞬態(tài)響應(yīng)靈敏度高,但檢波輸出的脈寬變動(dòng)大,容易造成遙控誤動(dòng)作。4GND接地端接地。05fo帶通濾波器中心頻率設(shè)置端該腳與電源間所接電阻器,是用來設(shè)置帶通濾波器的中心頻率fo,電阻值為200kΩ時(shí),中心頻率fo=40kHz;電阻值為220kΩ時(shí),則中心頻率fo=38kHz。6C3積分電容連接端該腳所接的積分電容,標(biāo)準(zhǔn)值為330pF,當(dāng)其容量值變大,則外部噪波干擾增強(qiáng),遙控距離變短。17OUT遙控指令信號(hào)輸出端該端口為集電極開路輸出端。該腳和電源間連接一只約為22kΩ電阻后,8Vcc供電電源端5V177。5最后再讓我們?cè)倏纯碈X20106A集成塊內(nèi)電路方框圖與它的典型應(yīng)用電路,見圖5。圖5 CX20106A集成塊內(nèi)電路方框圖與其典型應(yīng)用電路(三)TCT4010超聲波傳感器的設(shè)計(jì)TCT4010是一款常用的超聲波發(fā)射接收器件,由一塊發(fā)射端T和一塊接收端R共同組成。 圖6 TCT4010外觀圖 圖7 超聲波轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖壓電超聲波轉(zhuǎn)換器的功能:利用壓電晶體諧振工作。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示,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)產(chǎn)生超聲波,這時(shí)它就是一超聲波發(fā)生器。如沒加電壓,當(dāng)共振板接受到超聲波時(shí),將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào),這時(shí)它就成為超聲波接受轉(zhuǎn)換器。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與接受轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同。超聲波發(fā)射電路原理圖如圖8所示: 圖8 超聲波發(fā)射電路原理圖超聲波接收電路采用集成電路CX20106A,這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。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測(cè)距超聲波頻率40KHz較為接近,可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)改變C4的大小,可改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。超聲波接收電路原理圖如圖9所示: 圖9 超聲波接收原理圖而整個(gè)超聲波測(cè)距的原理,就是如圖10所示: 圖10 超聲波測(cè)距原理圖(四)DS18B20溫度傳感器的設(shè)計(jì)DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire,即單總線器件,具有線路簡(jiǎn)單,體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng),具有線路簡(jiǎn)單,在一根通信線,可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì),十分方便。DS18B20的主要特性有以下幾點(diǎn):1. 溫度轉(zhuǎn)換及輸出。2. 單總線數(shù)據(jù)通信。3. 12位分辨率,精度可達(dá)177?!妗?. 12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750ms。5. 可選擇寄生工作方式。6. 檢測(cè)溫度范圍為55℃~+125℃7. EPROM,限溫報(bào)警功能。8.在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。9.實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 圖11 DS18B20外觀圖 圖12 DS18B20引腳圖再來看看它的引腳圖,如上圖12:DS18B20有多種封裝形式,本課題使用的是常見的3長(zhǎng)針腳的封裝形式。其引腳功能如表4所示:表4 DS18B20引腳說明引腳名稱功能1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下,也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí),此引腳必須接地。由于DS18B20采用的是1-Wire總線協(xié)議方式,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說,硬件上并不支持單總線協(xié)議,因此,我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。圖13 AT89S51與DS18B20連接圖(五)LED數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)AT89S51采用12MHz高精度的晶振,以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率,減小測(cè)量誤差。,利用外中斷0口檢測(cè)超聲波接受電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管,段碼用74LS244驅(qū)動(dòng),位碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如圖14所示:圖14 單片機(jī)及其顯示原理圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì)主要由主程序,超聲波發(fā)射子程序,超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化,設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式,置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖,為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā),(這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后,才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHz的晶振,機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后,將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波來回所用的時(shí)間)按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離:(T+)1/2 公式① d=CT0/2+△d 公式②這樣就可以計(jì)算出測(cè)距儀與障礙物之間的距離。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。主程序框圖如圖15所示:圖15 超聲波測(cè)距主程序圖,脈沖寬度為12us左右,同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào),一旦接收到返回超聲波信號(hào)(INT0引腳出現(xiàn)低電平),立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí),并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào),則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉,并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。它們的整個(gè)軟件系統(tǒng)如圖16,圖17,圖18所示: 圖16主程序流程圖 圖17定時(shí)中斷服務(wù)子程序 圖18外部中斷服務(wù)子程序五、總結(jié)與未來展望本課題到這里就基本結(jié)束了,對(duì)于本人制作的超聲波測(cè)距儀,必定還有很多的不足之處,一定要從實(shí)驗(yàn)查出紕漏,進(jìn)一步完善。本課題采用的AT89S51等器件都是電子市場(chǎng)上非常容易找到的,而且價(jià)格低廉,功能齊全,能滿足設(shè)計(jì)需要,達(dá)到理想的效果。關(guān)于現(xiàn)代測(cè)量技術(shù),超聲波測(cè)距已經(jīng)是一種非常成熟的技術(shù),而且它的成本低,適合于大多數(shù)需要比較精確的數(shù)據(jù)的地方,例如井深,液位,汽車倒車?yán)走_(dá)等地方。它已經(jīng)為我們的工業(yè)生產(chǎn),資源探索,日常生活的一門重要測(cè)量距離解決手段,為我們帶來了方便。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,超聲波測(cè)距的精度一定能更進(jìn)一步精確,從未能解決更多不易解決的問題。超聲波測(cè)距一定是將來一種最重要的短距離測(cè)量方法,一定能在我們的更多領(lǐng)域起到不可或缺的作用。致 謝“千里之行,始于足下?!苯K于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部工作,有一種如釋重負(fù)的感覺。前后經(jīng)歷了四個(gè)月時(shí)間,但對(duì)于踏踏實(shí)實(shí)搞知識(shí)創(chuàng)新的人來說,從搜集材料、投入研討到起草排版、打印輸出,這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。其間有過百思不解時(shí)的苦悶,也有過豁然開朗時(shí)的喜悅,不曾身處其境的人,一般不宜感同身受。我的導(dǎo)師汪光宅說過:“科研工作是一項(xiàng)艱苦、寂寞并且需要全心全意投入的工作,一旦選擇了這個(gè)責(zé)任,我們就要承擔(dān)得起他人所不能承受的壓力。正因?yàn)檫@樣,我們才要努力做出成果!”事先有了心理準(zhǔn)備,做起事來才不至于手足無措。盡管如此,由于畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容較多,范圍較寬,方方面面都要照顧到,還是不可避免地遇到許多問題。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)未雨綢繆,提前讓我們熟悉了解了畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),同時(shí)下發(fā)《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)手冊(cè)》予以輔導(dǎo),這給了我們極大的鼓舞和幫助。導(dǎo)師每周三次的面授和上機(jī)指導(dǎo),給論文的進(jìn)展帶來縷縷曙光和推動(dòng)力。更難忘實(shí)驗(yàn)室老師劉強(qiáng)和寢室同學(xué)對(duì)我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的幫助與關(guān)心,使得我的工作和學(xué)習(xí)得以順利進(jìn)行。在此謹(jǐn)以一顆感激之心向這些給予我極大幫助的人致以衷心的謝意。附 錄附錄一:以下是用匯編語言編寫的超聲波測(cè)距控制源程序:采用AT89S51 12MHz晶振顯示緩沖單元在40H~43H,使用內(nèi)存44H、45H、46H用于計(jì)算距離20H用于標(biāo)志VOUT EQU ;脈沖輸出端口*中斷入口程序*ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP PINT0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG 001BH LJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BH RETI *主程序*START: MOV SP, 4FH MOV R0, 40H ;40~43H為顯示數(shù)據(jù)存放單元(40為最高位) MOV R7,0BHCLEARDISP:MOV @R0, 00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, 00H MOV TMOD, 21H ;T1為8位自動(dòng)重裝模式,T0為16位定時(shí)器 MOV TH0, 00H ;65ms初值 MOV TL0, 00H ;40KHz初值 MOV TH1, 0F2H MOV TL1, 0F2H MOV P0, 0FFHMOV P1, 0FFH MOV P2, 0FFH MOV P3, 0FFHMOV R4, 04H ;超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制(為賦值的一半)SETB PX0SETB ET0STEB EACLR 00HSETB TR0 ;開啟測(cè)距定時(shí)器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1 ;收到反射信號(hào)時(shí)標(biāo)志位為1 CLR EA LCALL WORK ;計(jì)算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ;重新開啟測(cè)距定時(shí)器 MOV R2, 64H ; 測(cè)量間隔控制(約4*100=400ms)LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1*中斷程序*。T0中斷,65ms中斷一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, 00H MOV TL0, 00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0 ;啟動(dòng)計(jì)時(shí)器T0,用以計(jì)算超聲波來回時(shí)間 SETB TR1 ;開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器T1OUT: RETI;T1中斷,發(fā)超聲波用INTT1: CPL VOUT DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1 ;超聲波發(fā)送完畢,
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