高精度超聲波測距儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)答辯PPT.ppt

超聲波測距儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),專業(yè)： 通信技術(shù) 姓名： 邵校 指導(dǎo)教師:張維,第一章 緒論,1.1 選題背景及意義,由于超聲波在介質(zhì)中傳播不易受干擾，方向性好，能量集中度高，傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，因而經(jīng)常被用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播規(guī)律、研發(fā)高效率收發(fā)電路，對于超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 隨著人們生活水平的提高，越來越多的人擁有了汽車。隨著城市化的加快，道路顯得很擁擠。尤其是很多新手駕車，倒車時(shí)經(jīng)常發(fā)生擦碰。經(jīng)常因?yàn)橐恍┬栴}，造成車尾的損壞，車身被刮花。如果有一種可以測距的硬件提示車尾與障礙的距離，讓新手?jǐn)[脫倒車的恐懼。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。,1.2 本設(shè)計(jì)相關(guān)說明,根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，可以采用at89c52單片機(jī)作為主控制器，超聲波驅(qū)動(dòng)信號用單片機(jī)的定時(shí)器完成，其中硬件部分主要由單片機(jī)主系統(tǒng)及超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、顯示模塊幾部分組成。采用at89c52來實(shí)現(xiàn)對各個(gè)子模塊的控制。由單片機(jī)計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，結(jié)合超聲波聲速通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離，并將距離和溫度補(bǔ)償模塊所測得的環(huán)境溫度在屏幕上予以顯示。軟件部分主要有主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序。,項(xiàng)目概述,第二章 超聲測距技術(shù)方案分析,2.1 超聲與超聲的特性,聲音是與人類生活緊密相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為20000赫茲)時(shí)，人們就會(huì)覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。 超聲波的特性有： （1）束射特性 由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。,（2）吸收特性 聲波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是因?yàn)榻橘|(zhì)要吸收掉它的部分能量。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。對于一個(gè)頻率一定的聲波，在氣體中傳播時(shí)吸收尤為歷害，在液體中傳播時(shí)吸收就比較弱，在固體中傳播時(shí)吸收是最小的。 （3）超聲波的聲壓特性 當(dāng)聲波進(jìn)入某物體時(shí),由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子相互之間產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。,2.2 超聲測距原理,最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，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)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。,第三章 超聲測距技術(shù)硬件部分設(shè)計(jì),3.1 概述,整體電路的控制核心為單片機(jī)at89c52。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路,超聲波接收電路,單片機(jī)電路,顯示電路,等幾部分模塊組成。單片機(jī)控制發(fā)射模塊發(fā)出40khz的超聲波信號并開始記時(shí)，通過超聲波發(fā)射器輸出超聲波信號；超聲波接收器將接收到的超聲波返回信號送至接收模塊，經(jīng)處理后，送至中斷信號至單片機(jī)，單片機(jī)啟動(dòng)中斷程序，測得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算和修正，得出距離數(shù)并顯示。,硬件結(jié)構(gòu)圖,3.2 單片機(jī)處理單元,單片機(jī)正常工作時(shí)，都需要一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路來構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所需的時(shí)鐘信號，其有兩種時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)鐘。外部始終是使用外部振蕩脈沖信號，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。本設(shè)計(jì)只有一片單片機(jī)，采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。at89c52內(nèi)部有一個(gè)可控制的負(fù)反饋反向大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體以及電容c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、快速性以及溫度穩(wěn)定性。出于對測距精度的考慮，本設(shè)計(jì)采用12mhz的晶體振蕩器，c1和c2的電容值約為100pf。 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要rst引腳出至少保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在rst端出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)周期，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，以后每個(gè)周期重復(fù)一次，直至rst端變低。單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位方式。當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)，電容迅速放電，使rst端迅速變?yōu)楦唠娖?，?fù)位按鈕松開后，電容通過電阻充電，逐漸使rst端恢復(fù)低電平。,單片機(jī)最小結(jié)構(gòu),單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖,3.3 發(fā)射模塊,超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器tct4016t能向外界發(fā)出40 khz左右的方波脈沖信號。發(fā)射模塊的核心是74ls04集成塊。由于單片機(jī)端口輸出功率不夠，故需要通過發(fā)射模塊來實(shí)現(xiàn)推動(dòng)超聲波發(fā)射探頭工作的效果，通過編程由單片機(jī)p1.0端口輸出脈沖信號至發(fā)射模塊，發(fā)射模塊隨即控制超聲波發(fā)射器tct4016t以將超聲波發(fā)射到空氣中。,資料,發(fā)射模塊電路圖,3.4 接收模塊,tct4016t發(fā)射的超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物就會(huì)返回，返回的部分有超聲波接收器接收。超聲波接收部分是為了將反射波(回波)順利接收到，超聲波接收換能器tct4016r將接收到的反射波轉(zhuǎn)換變成電信號，并對此電信號進(jìn)行放大、濾波、整形等處理后得到一個(gè)負(fù)脈沖送給單片機(jī)的3.2(int0)引腳，以產(chǎn)生一個(gè)中斷。 在這里我采用的是集成電路cx20106a，這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。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38khz與測距超聲波頻率40khz較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。實(shí)驗(yàn)證明其具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。,接收模塊電路圖,第四章 超聲測距技術(shù)軟件部分設(shè)計(jì),4.1 概述,超聲波測距儀的軟件設(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。采用c語言編程，翻譯成匯編語言寫入單片機(jī)。,4.2 計(jì)算距離程序,tr0=0; th1=0x9e; tl1=0x57; t=th0; t=t*256+tl0; t=t-29; s=t*csbc/2; tr1=1; cl=0; csbint=1;,4.3 超聲波發(fā)生程序,ea=1; /開中斷 tmod=0x11; /設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí) et0=1; /定時(shí)器0中斷允許 et1=1; /定時(shí)器1中斷允許 th0=0x00; tl0=0x00; th1=0x9e; tl1=0x57; csbds=0; csbout=1;,cl=0; csbs=8; jpjs=0; sj1=50; sj2=200; sj3=580;,4.4軟件去抖,void keyscan() /健盤處理函數(shù) xx=0; if(k1!=1) / 判斷開關(guān)是否按下 delay(100); /延時(shí)去抖動(dòng) if(k1!=1) / 判斷開關(guān)是否按下 while(!k1) delay(25); xx+; if(xx1000) jpjs+;,f(jpjs3) k4cl(); jpjs=0; xx=0; switch(jpjs) case 1: k1cl();break; case 2: k2cl();break; case 3: k3cl();break; ,4.5 距離告警程序,s=t*csbc/2; /計(jì)算距離 tr1=1; cl=0; csbint=1; if(s80)bj=1,第五章