基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫吧資料
2025-07-03 20:25本頁面
【正文】 設(shè)計(jì)的主要解決問題是要提高發(fā)射到發(fā)射探頭的輸入電壓和功率。 （4）單片機(jī)正常工作輸出最大電壓5V。 （3) 發(fā)射波需要用間斷多脈沖發(fā)射的方式進(jìn)行發(fā)射。 （2）發(fā)射波盡量具備同一頻率的振動(dòng)。 發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案 對發(fā)射電路進(jìn)行分析： （1）發(fā)射波必須具備良好的重復(fù)性。最后送給超聲波發(fā)射換能器TCT40－16T以聲波形式發(fā)射到空氣中。為了滿足遠(yuǎn)距離測量，則脈沖信號的發(fā)射距離就需要夠遠(yuǎn)也就要增大其功率。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用軟件（如用單片機(jī)軟件編程）的方法輸出該方波脈沖信號。 。 （7）一個(gè)可編程全雙工串口通信。 （5）看門狗。 （4）128 B RAM 數(shù)據(jù)存儲器。 （2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。一是作為普通I/O口使用。每個(gè)口可獨(dú)立控制，內(nèi)帶上拉電阻。每個(gè)口均可獨(dú)立控制，內(nèi)帶上拉電阻，與P1口相似。二是首先要先向P2口寫入1才能把P2口作為輸入口使用，也就是在這之前會有一個(gè)“準(zhǔn)”備程序。之所以稱他為“準(zhǔn)”雙向I/O口，有兩個(gè)原因。是一個(gè)“準(zhǔn)”雙向口。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。實(shí)際使用時(shí)，為使其能夠正常工作我們需要為其添加上上拉電阻（一般選擇10KΩ）。51單片機(jī)的P0口并不能正常地輸出高電平或者低電平。 STC89C51結(jié)構(gòu)組成 其外形封裝直插式40 腳封裝（DIP）： STC89C51的 4 個(gè) 8 位I/O口的功能說明如下： （1）P0口（39～32腳）：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 （8）軟復(fù)位功能。 （6）擴(kuò)晨P4口。 （4）內(nèi)部擴(kuò)展RAM。 （2）6時(shí)鐘，機(jī)器周期模式。 ②～。 （3）STC89C51系列單片機(jī)有較寬的工作電壓。 （2）STC89C51 系列單片機(jī)是新一代的8051單片機(jī)。算法其實(shí)就是5后面的這個(gè)數(shù)乘上4KB。 （5）5—固定不變。PROM存儲器。 （2）8—表示該芯片為8051內(nèi)核芯片。如戰(zhàn)斗機(jī)、坦克和智能導(dǎo)彈等。如調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)、手機(jī)等。如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、微波爐、IC卡、 汽車電子設(shè)備等。如數(shù)字示波器、數(shù)字信號源、數(shù)字萬用表、感應(yīng)電流表等。如數(shù)據(jù)采集、測控技術(shù)。然而這些功能的實(shí)現(xiàn)需要人為控制，即通過編程來控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。 單片機(jī)概述 單片機(jī)就是一塊由諸多功能模塊構(gòu)成的集成電路芯片。而要提高超聲波測量的精度，則必須要從設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵和難點(diǎn)出發(fā)，即對超聲波的發(fā)射處理和超聲波的接收處理這兩個(gè)重要方面。超聲波傳感器的工作原理都是一樣的。 社會在發(fā)展，科技在提高，超聲波測距技術(shù)也隨之更進(jìn)一步。 （6）報(bào)警電路。 （4）溫度補(bǔ)償電路。 （2）超聲波發(fā)射電路。最重要的是超聲波測距的原理方法，這是根本，因此本章對此進(jìn)行了相關(guān)介紹，并為對測量時(shí)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行減免措施。 本章小結(jié) 本章主要是介紹設(shè)計(jì)相關(guān)理論，對超聲波和設(shè)計(jì)所用單片機(jī)作了簡要概述，并對STC89C51的性能特點(diǎn)、外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部組成做了相關(guān)闡述。因此要等發(fā)送脈沖一段時(shí)間后才能讓單片機(jī)接收中斷信號。但該聲波信號并不是反射回來的信號，只要檢測到該信號，接收電路就會對其進(jìn)行處理而產(chǎn)生中斷信號，單片機(jī)也會跟著做出響應(yīng)。而為了方便測量，再加上測量會有一個(gè)夾角，夾角越小越精確，因此他們離著很近。 公式2（1） 聲速確定后，只要得到超聲波往返的時(shí)間，就可以求得距離： 公式2（2） 增加角度補(bǔ)償可使得測量數(shù)值更加的精確。 在本設(shè)計(jì)中用STC89C51中的定時(shí)器來測量超聲波傳播時(shí)間，用DS18B20測量環(huán)境溫度，達(dá)到提高測距精度的目的。溫度（℃）3020100102030100聲速（m/s）313319325323338334349386 測量時(shí)，若溫度變化不大，則聲速取值c=340m/s。 溫度補(bǔ)償超聲波也是聲波，所以其聲速c仍然與空氣溫度有關(guān)。雖然精度相對于相位檢測法差點(diǎn)，但好在測量距離足夠遠(yuǎn)。則有L=ct/2。（3） 渡越時(shí)間法： 首先通過檢測計(jì)數(shù)從超聲波傳感器的發(fā)射端發(fā)出聲波的時(shí)刻記為t1，超聲波返回到傳感器接收端的時(shí)刻t2，兩者的時(shí)間差t=t2t1，這個(gè)時(shí)間差就是渡越時(shí)間?？捎糜?jì)數(shù)器測出。根據(jù)時(shí)間和相位的關(guān)系，待測距離可以轉(zhuǎn)換為。設(shè)起始時(shí)刻為，則發(fā)射波的強(qiáng)度為（實(shí)際測量時(shí)的發(fā)射波是方波，為了方便計(jì)算說明所以在此用正弦波舉例)。 超聲波測距的原理超聲波測距方法主要有三種：（1） 聲波幅值檢測法： 該方法雖然最廉價(jià)最簡單但容易受反射波的影響，精確度卻是最低，在此就不詳細(xì)介紹了。這樣就可以算出距離。這個(gè)端口的高電平經(jīng)過一段時(shí)間后會變?yōu)榈碗娖健以上的高電平,然后在接收端等候高電平輸出。 本模塊的使用方法非常簡單。當(dāng)信號返回時(shí)，I/O口對此作出響應(yīng)而輸出一個(gè)高電平。 該模塊將會自動(dòng)向外界發(fā)送8個(gè)40KHz的方波。電氣參數(shù)超聲波模塊HCSR04工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40KHz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10uS的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm 基本工作原理： 采用I/O口TRIG觸發(fā)測距。 可用于機(jī)器人避障，物體測距，液位檢測，公共安全，停車場檢測。 傳感器的選擇 本課題設(shè)計(jì)選用的是HCSR04超聲波模塊。而壓電式超聲波發(fā)生器是目前常用的。 超聲波傳感器的介紹這是其之所以能夠成為測量距離的重要方法之一的原因之一。 （5）超聲波傳遞的能量可以很強(qiáng)。 （3）超聲波載體性很強(qiáng)，可作為載體進(jìn)行治療操作。 超聲波的特點(diǎn)： （1）超聲波傳播過程中，方向性很強(qiáng)，能量集中。第二章 超聲波測距的原理 超聲波介紹 所謂超聲波就是頻率超過20KHz人耳不能辨識的音波。并且能夠具體了解基于單片機(jī)的超聲波測距的發(fā)展現(xiàn)狀以及能進(jìn)行簡易測距儀器制作。兩次測得的時(shí)間差，就是我們所需要的超聲波在媒介中的傳播時(shí)間t，通過進(jìn)一步計(jì)算便可以得出距離。接收端收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變通到單片機(jī)的中斷口。 從效益和成本出發(fā)，HCSR04超聲波測距模塊是一個(gè)非常好的選擇。經(jīng)過STC89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后將距離也顯示到LCD上。 實(shí)際測量時(shí)，在LCD液晶顯示屏上顯示出所在地的實(shí)時(shí)環(huán)境溫度。 (5)溫度測量電路。 (3)單片機(jī)控制器。 由圖可知本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是由六部分組成，分別為： (1)發(fā)射電路。 課題研究內(nèi)容
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