基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距電路設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-24 20:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖1 超聲波測(cè)距系統(tǒng)總體框架4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用AT89S51，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。，利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收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(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管9012驅(qū)動(dòng)。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖2所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。圖2超聲波發(fā)射電路原理圖壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。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)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間沒有外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片做振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測(cè)接收電路接收電路中使用芯片CX20106A，集成電路CX20106A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，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路(如圖3)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C9的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3 超聲波檢測(cè)接收電路 數(shù)據(jù)顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，如圖4所示。在設(shè)計(jì)之初我們給測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種顯示電路，一種是數(shù)碼管顯示的人機(jī)接口；另一種是LCD字符型液晶屏顯示接口，可以根據(jù)需求通過修改接口電路和部分程序，以使其通過不同的媒介顯示相關(guān)信息。在本課題中，經(jīng)過我們的商量，在考慮經(jīng)濟(jì)性和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，我們決定用4位共陽(yáng)極數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的，顯示電路采用的4位共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，段碼用74LS245驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管QQQQ4驅(qū)動(dòng)。通過單片機(jī)的24，25，26，27四個(gè)管腳的信號(hào)控制四個(gè)三極管的基級(jí)，利用三極管的開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的點(diǎn)亮，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，顯示精度是1cm。圖4 顯示電路5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。程序流程如圖5所示。其工作流程是：上電后首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，緊接著調(diào)用顯示子程序，顯示完后判斷有沒有超聲波被接收，若有，則停止計(jì)時(shí)并將計(jì)時(shí)值送入距離計(jì)算子程序，然后將所測(cè)距離顯示1秒，最后返回進(jìn)行下一輪測(cè)量；若沒有信號(hào)進(jìn)來，則繼續(xù)調(diào)用顯示子程序。其流程圖如圖6所示。開 始系統(tǒng)初始化發(fā)送超聲波脈沖等待發(fā)送超聲波計(jì)算距離系統(tǒng)初始化開始顯示初始化串行口控制命令？進(jìn)入測(cè)距程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)刷新顯示NY圖5 軟件設(shè)計(jì)流程框圖 圖6工作流程圖 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖7所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。主程序
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1