畢業(yè)設計—超聲波測距儀的設計-在線瀏覽
2025-02-02 02:02本頁面
【正文】 碼顯示數(shù)據(jù)的個數(shù)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 1 超聲波測距模塊組硬件框圖 優(yōu)點：具有歷史數(shù)據(jù)存儲功能、出錯管理功能。 方案二： 基于 PIC16F876A 單片機的超聲波測距儀 超聲波測距儀主要以單片機 PIC16F876A 為核心 ， 其發(fā)射器是利用壓電晶體 5 的諧振帶動周圍空氣振動來工作的 .超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波 ， 在發(fā)射的同時開始計時 ， 超聲波在空氣中傳播 ， 途中碰到障礙物就立即返回來 ， 超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時 。 在測距計數(shù)電路設計中 ， 采用了相關計數(shù)法 ， 其主要原理是 ： 測量時單片機系統(tǒng)先給發(fā)射電路提供脈沖信號 ， 單片機計數(shù)器處于等待狀態(tài) ， 不計數(shù) ； 當信號發(fā)射一段時間后 ， 由單片機發(fā)出信號使系統(tǒng)關閉發(fā)射信號 ， 計數(shù)器開始計數(shù) ， 實現(xiàn)起始時的同步 。 雙向超聲波測距儀的系統(tǒng)主要有幾下部分組成 （如 圖 2 所示） ： LED 顯示模塊， PIC16F876A 芯片，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，電源模塊等五大模塊組成 。 在電路中我們采用 PIC 芯片它的優(yōu)點是： 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高 ； 徹底的保密性 ； 其引腳具有防瞬態(tài)能力 ， 通過限流電阻可以接至 220V 交流電源 ， 可直接與繼電器控制電路相連 ， 無須光電耦合器隔離，給應用帶來極大方便。方案二，能進行 雙向測距，精度高，功耗低，模塊簡單，穩(wěn)定性高。 6 二、 理論分析與計算 測量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。假如聲波在介質(zhì)中傳播 的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。 理論計算 圖 4 測距的 原理 如圖 4 所示為 反射時間法 ， 是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空 7 氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間 T 利用公式 S=C*(T/2)其中， S 為被測距離、 V 為空氣中聲速 、 T 為回波時間 （ T=T1+T2） ， 可以計算出路程，這種方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設置 “時間門 ”來加以克服。其振蕩頻率計算公式如下： f=((R9+2*R10)*C5) 三、 電路與程序設計 檢測與驅(qū)動電路設計 A、 器件選擇 ： 本系統(tǒng)在設計過程中主要選取了以下一些器件： ： 測距儀的核心單片機 ： 雙 4 通道的模擬選擇器 /分配器 ： 雙低噪聲運算放大器 R4016 T40 5332 B、 芯片介紹 ： PIC16F876A： 28 引腳器件有 3 個 I/O 端口，而 40/44pin 裝置有 5。 28 引腳器件有 5 個 A / D 輸入渠道，而 40/44pin 裝置有 8。 8 圖 5 PIC16F879A系列引腳圖 NE5532P： 1 引腳 A 放大器輸出， 2 引腳 A 放大器反相輸入端， 3 引腳 A 放大器同相輸入， 4 引腳負電源， 5 引腳 B 放大器同相輸入端， 6 引腳 B 放大器反相輸入端， 7 引腳 B 放大器輸出， 8 引腳正電源。 圖 6 NE5532P引腳圖 HEF4052B： HEF4052B 是雙 4 通道的模擬選擇器 /分配器，即可作為從 4 路的輸入信號中選擇一路作為輸出的選擇器 ， 也可作為將一路輸入信號分配到 4 路輸出通道中的一路輸出的分配器。 IC 內(nèi)置的譯碼器有 4 個間接的模擬開關輸出，對 2*4 個通道進行選擇 /分配。 其引腳圖如 圖6 所示。其引腳圖如圖 7 所示。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號 。 單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過超聲換能器發(fā)射超聲波。 RPI 用來校準振蕩頻率。 D、 接收電路原理 ： 圖 10 接收電路原理 本電路包括超聲波接收頭 ， 電壓器、檢波電路和單穩(wěn)態(tài)延時電路 ，如圖 11所示 。 RP2 兼作超聲波接收頭的負載與接收靈敏 度的調(diào)節(jié)電位器。其電路圖如 圖 11 所示 。 F、顯示電路原理 超聲波測距儀顯示模塊如圖 12 所示。 2 82 72 62 52 42 32 22 12 01 91 81 71 61 5P I C 1 6 F 8 7 6 Aabcdefghabcdefghabcdefgh2 K2 K2 K2 K2 K2 K2 K 4 . 7 K4 . 7 K4 . 7 KS8 5 5 0S 8 5 5 0S 8 5 5 0 圖 12 顯示模塊 12 采用 LED 動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)經(jīng)過 PIC 芯片的計算后傳到 LED 上，顯示精度是厘 米。 其總體電路圖如圖 13 所示。我們知道 C 語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。 其流程圖如圖 15 所示。若能將超聲波接收電路用金
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