【文章內(nèi)容簡介】 聲波測距儀，要求： (1).設(shè)計出超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。 9 (2).對設(shè)計的電路進行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而 實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。 (3).對設(shè)計的電路進行分析。 (4).以數(shù)字的形式顯示測量距離。 超聲波測距 方案設(shè)計與論證 超聲波測距 方 案的論證 超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播 距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。 測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。 超聲波測距 的技術(shù)方案分析 常用的避 障技術(shù)方案有超聲波測距方案和紅外觸發(fā)方案。超聲波測距方案在制作優(yōu)良的條件下可以達(dá)到毫米級誤差，可進行精確測量，適合遠(yuǎn)距離測量。而紅外觸發(fā)方案誤差一般較高，易受電流波動影響；不可進行較遠(yuǎn)（超過 50 厘米）距離測量。所以為了達(dá)到更精確的避障本此設(shè)計采用超聲波測距方案進行避障。 本設(shè)計的核心部件為超聲波傳感器，以下對超聲波傳感器的原理和結(jié)構(gòu)展開說明。 超聲波測距 聲波傳感器 為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功 10 能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器，或者超聲 波探頭。 本系統(tǒng)所采用的 SP4038F 型超聲波傳感器 超聲波傳感器型號代碼 : SP4038F— 外殼直徑 16(mm)T— 發(fā)射 R接收 40KHZ中心頻率 圖 三 超聲波傳感器實物圖 表 二 SP4038F特性參數(shù) 型號 SP4038F 中心頻率 40 士 1KHZ 發(fā)射電壓 大于 115dB 接受靈敏度 大于 64dB/V/ubar 6dB 指向 50deg 電容 2400 士 25% 允許輸入電壓 20V 第三章 超聲波避障系統(tǒng)硬件設(shè)計 超聲波避障系統(tǒng)硬件主要包括 STC89C51 單片機最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射和接收電路、動態(tài)顯示電路、蜂鳴器報警電路。 超聲波避障的硬件設(shè)計思想 按設(shè)計要求，根據(jù)超聲波測距原理，以 STC89C51 單片機系統(tǒng)為核心，制作超聲波測距電路。它的各部分電路的說明如下 : 11 1． STC89C51 單片機最小系統(tǒng)是超聲波測距的核心部分，主要任務(wù) : (1) 控制一個 40KHz 的脈沖驅(qū)動振蕩電路，啟動振蕩電路工作，振蕩 電路振蕩出與超聲波發(fā)射器的固有頻率相同頻率，使換能器能最大效率工作 。 (2) 延時程序延時一個 40KHz 的脈沖 。 (3) T0 工作在方式 2，自動裝載，實現(xiàn)串口通訊，波特率 2400bit/s 晶振頻率 12MHz。 (4)根據(jù)超聲波發(fā)射和接收的時間差與串口接收的速度數(shù)值相乘，進行有關(guān) 參數(shù)計算出距離 。 (5) 數(shù)據(jù)的顯示 。 2．超聲波發(fā)射電路作用是將振蕩電路振蕩出 40KHz 的脈沖信號，信號幅值是 18V(可調(diào)節(jié) )，脈沖信號將驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器，發(fā)射超聲波。 3．超聲波接收電路主要包括微 弱信號放大、電壓比較中斷信號輸出等部分。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機的中斷信號。 4．根據(jù)設(shè)計要求，距離要通過顯示器實時地顯示出來 。 單片機最小系統(tǒng) 本設(shè)計中的單片機型號為 STC89C51，采用了頻率為 12MHz 的晶振與兩個電容組成的晶振電路，為單片機提供工作時序。復(fù)位電路是按鍵電平復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 VCC 電源接通而實現(xiàn)的。最小系統(tǒng)電路圖如圖 四 所示。 12 圖 四 單片機最小系統(tǒng)電路圖 下載電路 RS232 總線接口芯片 MAX232 由于計算機要和單片機進行通信，完成信息的傳送，本設(shè)計采用串行口進行傳送。因為串行口輸出是 RS232 信號，邏輯 “1” 用 3V～ 25V 信號表示，邏輯 “0” 用 +3V～ +25V 信號表示，不是 TTL 信號，與單片機信號不同，因此二者進行通信必須進行電平轉(zhuǎn)換，一般選用 MAX232 芯片來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 圖 五 MAX232 13 圖 六 下載電路原理圖 顯示電路 LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16 1， 16 2， 20 2和 40 2行 等的液晶顯示模塊，模塊組件內(nèi)部主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，各引腳接口說明如圖 七 所示： 圖 七 顯示電路 14 單片機復(fù)位電路 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作中，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，為需按復(fù)位鍵以重新啟動。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必須準(zhǔn)確、可靠地工作。 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使 RST 保持高電平，只要 RST 保持高電平，則單片機就循環(huán)復(fù)位。 單片機復(fù)位電路通常采用以下幾種方式： ⑴上電自動復(fù)位，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的點容充電來實現(xiàn)的，在電容充電的過程中， RST 端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復(fù)位。 ⑵系統(tǒng)復(fù)位，在實