超聲波測(cè)距儀論文-文庫吧資料
2025-07-03 16:33本頁面
【正文】 98[11] 王田苗. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā) 北京： 清華大學(xué)出版社 2022[12] 馬忠梅,藉順心等. 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第三版） 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 2022附 錄附錄一超聲波測(cè)距電路原理圖 12538764*?espFul七E超聲波測(cè)距電路原理圖 附錄二超聲波測(cè)距電路版圖超聲波測(cè)距電路版圖附錄三程序清單INCLUDE DEFINE K1 P3_4DEFINE CSBOUT P3_5 //超聲波發(fā)送DEFINE CSBINT P3_7 //超聲波接收DEFINE CSBC=DEFINE BG P3_3 UNSIGNED CHAR CSBDS,OPTO,DIGIT,BUFFER[3],XM1,XM2,XM0,KEY,JPJS。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。 在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。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。主超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 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)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。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。實(shí)驗(yàn)證明用CX20226A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。超聲波檢測(cè)接收電路主要是由集成電路CX20226A組成，它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。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，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。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 8550 驅(qū)動(dòng)。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。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(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。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收，直接接收波方式，適用于身高計(jì)；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(cè)距儀。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。部分源程序如下： receive1：push psw push acc clr ex1 ；關(guān)外部中斷 1 jnb , right ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序jnb , left ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 return：SETB EX1；開外部中斷 1 pop acc pop psw reti right： ... ；右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp return left：... ；左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp return 第五章 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15的超聲波換能器 TCT4010F1（T 發(fā)射）和 TCT4010S1（R 接收） ，中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～8cm，其余元件無特殊要求。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。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 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)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。 測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí)約 ms（這也就是超聲波測(cè)距儀會(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)。 初始化定時(shí)中斷子程序有回波否外部中斷子程序等待無有定時(shí)中斷入口定時(shí)器初始化發(fā)射超超聲波發(fā)射完否停止發(fā)射清中斷返回是否外部中斷入口讀取時(shí)間值計(jì)算距離保存結(jié)果清中斷返回 (a) (b) (c)主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。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。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(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。距離的計(jì)算公式為： d=s/2=(ct)/2 （1） 其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來回的路程， c 為聲速，t 為聲波來回所
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