基于單片機(jī)的超聲波測距儀設(shè)計-展示頁
2025-01-27 15:09本頁面
【正文】 10 20 30 100聲速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386表 11 超聲波測距儀原理框圖如下圖單片機(jī)發(fā)出 40kHZ 的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計算，得出距離數(shù)并送 LED 顯示。在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。電信學(xué)院綜合實驗報告小組成員：蘇濤 胡朝 楊宇翔 1基于單片機(jī)的超聲波測距儀設(shè)計1 總體設(shè)計方案介紹 超聲波測距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度 υ 在空氣中傳播，在到達(dá)被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為 t，由 s=vt/2 即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ３暡òl(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時器 單片機(jī) 控制 顯示器圖 11 超聲波測距儀原理框圖2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。顯示電路采用簡單實用的 4位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash 可編程、可擦除只讀存儲器(E~PROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。空閑方式：CPU 停止工作，而讓 RAM、定時／計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。5l 系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。 單片機(jī)實現(xiàn)測距原理 單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 tr，然后求出距離 S＝Ct／ 2，式中的 C 為超聲波波速。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C 與溫度有關(guān)。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，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號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。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，縮短其自由振蕩時間。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。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，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測距的超聲波頻率 40 kHz 較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖 23)。適當(dāng)更改電容 C4 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。電路原理圖如見附件。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、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。 超聲波測距儀的算法設(shè)計 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 （1） 其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程，c 為聲速，t 為聲波來回所用的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。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。主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，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)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。 測出距離后結(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)測量過程。電信學(xué)院綜合實驗報告小組成員：蘇濤 胡朝 楊宇翔 5 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 個左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計時。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測距不成功。部分源程序如下： RECEIVE1：PUSH PSWPUSH ACC CLR EX1 ；關(guān)外部中斷 1 JNB , RIGHT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序JNB , LEFT ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)程序 RETURN：SETB EX1；開外部中斷 1 POP ACC POP PSW RETI RIGHT： ... ；右測距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN LEFT：... ；左測距電路中斷服務(wù)程序入口 AJMP RETURN4 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，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。根據(jù)測量范圍要求不同，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。根據(jù)實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量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到
畢業(yè)設(shè)計相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1