基于基于at89c2051單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)-在線瀏覽
2025-08-06 12:58本頁(yè)面
【正文】 ..........................16附錄一 超聲波測(cè)系統(tǒng)原理圖 ...............................................................................................................................17附錄二 超聲波測(cè)系統(tǒng)原理圖安裝圖 ...................................................................................................................18附錄三 超聲波測(cè)系統(tǒng)原理圖 PCB 圖 ...................................................................................................................19附錄四 超聲波測(cè)系統(tǒng)原理圖 C 語(yǔ)言原程序 .......................................................................................................20一、設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo) 設(shè)計(jì)任務(wù)利用單片機(jī)及外圍接口電路(鍵盤接口和顯示接口電路)設(shè)計(jì)制作一個(gè)超聲波測(cè)距儀器，用 LED 數(shù)碼管把測(cè)距儀距測(cè)出的距離顯示出來(lái)。要求用 Protel 畫出系統(tǒng)的電路原理圖，印刷電路板，繪出程序流程圖，并給出程序清單。測(cè)距范圍：25CM 到 250CM 之間。二、超聲波測(cè)距原理概述超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的,可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。超聲測(cè)距是一種非接觸式的檢測(cè)方式。對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。表 21 聲速與溫度的關(guān)系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 386圖 21 超聲波測(cè)距時(shí)序圖 超聲波傳感器 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。若在圖 a 所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖 b 所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時(shí)，外部負(fù)電荷與極化負(fù)電荷相斥。若外部施加的極性變反，如圖 c 所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長(zhǎng)，在長(zhǎng)度方向上縮短。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。開(kāi)始測(cè)量超聲波信號(hào)開(kāi)定時(shí)器關(guān)定時(shí)器數(shù)據(jù)運(yùn)算顯示器接收檢測(cè) 電聲換能器電聲換能器驅(qū)動(dòng)電路圖 23 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖三、設(shè)計(jì)方案按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個(gè)模塊組成。發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。超聲波接收模塊超聲波發(fā)射模塊單片機(jī)控制系統(tǒng)（AT89C2051） 顯示模塊鍵盤模塊供電單元圖 31：系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。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。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 3 位共陽(yáng)LED 數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P1 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 S9012 三極管驅(qū)動(dòng)。AT89C2051 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM 2 個(gè) l6 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 可編程串行 UART 通道 內(nèi)置一個(gè)模擬比較器 同時(shí)，AT89C2051 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。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)射電路和超聲波接收電路三部分。通過(guò)單片機(jī)的 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)， 端口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過(guò)接收電路處理后，向單片機(jī) 輸入一個(gè)低電平脈沖。單片機(jī)將測(cè)得的時(shí)間與聲速相乘再除以 2 即可得到測(cè)量值，最后經(jīng) 3 位數(shù)碼管將測(cè)得的結(jié)果顯示出來(lái)。如圖 31。超聲波發(fā)射部份由電阻 R2 及超聲波發(fā)送頭 T40板成；接收電路由 BGBG2X 組成的兩組三級(jí)管放大電路組成；檢波電路、比較整形電路由 CDD2 及 BG3 組成。該測(cè)距電路的 40kHz 方波信號(hào)由單片機(jī) A T 8 9 C 2 0 5 1 的 P 3 .5 發(fā)出。s，半周期為 。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是 1181。s 或 13181。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。接收電路如圖 4 所示。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為 70 倍。這里使用的是 I N 4148 檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。 顯示電路本系統(tǒng)采用三位一體 L E D 數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，如圖 8(見(jiàn)下頁(yè)) 。 主程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器 0 為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器 1 定時(shí)。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位 cl==1，即進(jìn)行測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是 1 次/秒。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先由單片機(jī)
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