超聲波傳感器課程設(shè)計(jì)

1、 傳感器課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 葉琳專 業(yè)： 自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 121141135所屬學(xué)院: 航空自動(dòng)化學(xué)院 二一四年十二月目 錄1、 設(shè)計(jì)目的22、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求23、 超聲波傳感器模塊23.1、特點(diǎn)23.2、工作原理23.3、實(shí)物圖23.4、電氣參數(shù)23.5、超聲波時(shí)序圖34、硬件電路分析34.1、發(fā)射電路44.2、接收電路44.3、檢測(cè)電路55、 程序設(shè)計(jì)66、 思考問題67、 課程設(shè)計(jì)感悟7 附錄81、 設(shè)計(jì)目的：1） 掌握超聲波傳感器測(cè)距的工作原理；2） 了解超聲波傳感器的具體應(yīng)用3） 加深對(duì)電子電路方面知識(shí)的理解；4） 掌握智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，及c語言軟件編程及調(diào)試方法；5） 加強(qiáng)

2、學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，建立學(xué)生將課程內(nèi)容與實(shí)際生活相結(jié)合的意識(shí)。2、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：1） 要求以at89c51單片機(jī)為控制器，以超聲波傳感器模塊為傳感單元，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)距系統(tǒng)。2） 系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)到的距離，點(diǎn)亮不同的led燈，要求當(dāng)系統(tǒng)與障礙物的距離為1m時(shí)點(diǎn)亮1個(gè)led燈，2m時(shí)點(diǎn)亮2個(gè)led燈，5m時(shí)點(diǎn)亮5個(gè)led燈。3） 當(dāng)距離小于0.5m時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，該系統(tǒng)不需要顯示具體距離。3、 超聲波傳感器模塊1、 特點(diǎn)：hc-sr04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。2、 工作原理：基本工作原理：(1)采

3、用io 口trig 觸發(fā)測(cè)距，給最少10us 的高電平信呈。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8 個(gè)40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過io 口echo 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s)/2;3、 實(shí)物圖： 如右圖接線，vcc 供5v電源， gnd 為地線，trig 觸發(fā)控制信號(hào)輸入，echo 回響信號(hào)輸出等四個(gè)接口端。4、 電氣參數(shù)： 5、超聲波時(shí)序圖： 以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10us 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8 個(gè)40khz 周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨?/p>

4、信號(hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比。由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：us/58=厘米或者us/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340m/s）/2；建議測(cè)量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。4、 硬件電路分析：系統(tǒng)硬件電路主要包括3個(gè)部分：發(fā)射電路、檢測(cè)電路、顯示電路。系統(tǒng)整體框圖如下圖所示。發(fā)射電路采用單片機(jī)端口編程輸出40khz左右的方波脈沖信號(hào)，同時(shí)開啟內(nèi)部定時(shí)器t0。單片機(jī)的輸出端口一般驅(qū)動(dòng)能力較弱，為增大測(cè)量距離可在發(fā)射電路上增加功率放大電路。從接收傳感器探頭傳來的超聲回波很微弱（幾十個(gè)mv級(jí)），又存在較強(qiáng)的噪聲，所以必須增

5、加放大電路和抑制噪聲電路。1、 發(fā)射電路：發(fā)射電路主要目的是抬高輸入到發(fā)射探頭的電壓及功率。單電源乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路就有此功能。該電路如圖所示：2、 接收電路：接收電路主要包括兩部分：前置放大電路和帶通濾波電路。前置放大電路單元的作用是對(duì)有用的信號(hào)進(jìn)行放大，并抑制其他的噪聲和干擾，從而達(dá)到最大信噪比。電路如圖所示：在傳感器接收的信號(hào)中，除了障礙物反射的回波外，總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲，而前端放大電路在放大有用信號(hào)的同時(shí)，會(huì)將一部分噪聲信號(hào)同時(shí)放大，并沒有提高輸入信號(hào)的信噪比?？捎眠\(yùn)算放大器構(gòu)成一帶通濾波器，濾除干擾。電路如圖所示：3、 檢測(cè)電路：檢測(cè)電路要求保證每次接收信號(hào)都能被準(zhǔn)

6、確地鑒別出來，通常利用比較器將輸入信號(hào)與某一固定電平進(jìn)行比較，輸出不同的電平來產(chǎn)生上升或下降沿觸發(fā)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖去觸發(fā)單片機(jī)引腳。電路如圖所示：5、 程序設(shè)計(jì)：根據(jù)超聲波傳感器的原理可以設(shè)計(jì)程序，整個(gè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為主程序、延時(shí)程序、定時(shí)器中斷程序。 延時(shí)程序 定時(shí)器中斷 主程序 p00接蜂鳴器p01-p05分別接5分led發(fā)光二極管p34 超聲波模塊的觸發(fā)io口p32 超聲波模塊的接收io口6、 思考問題：測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體的面積不少于0.5平方米且平面盡量要求平整，否則影響測(cè)量的結(jié)果。為什么？ 本次實(shí)驗(yàn)采用的hc-sr04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能。也就是

7、最大測(cè)量距離為4m，由于距離較遠(yuǎn)，超聲波的峰峰值有可能超過0.5-1m，造成不能反射回波，所以被測(cè)物體面積不少于0.5平方米可測(cè)量最大值4m。7、 課程設(shè)計(jì)感悟： 兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。附錄：程序代碼#includeunsigned int counter=0;/用來中斷計(jì)數(shù)double time=0.0;/時(shí)間變量，單位是msdouble di

8、stance=0.0;/距離變量，單位是cmsbit trig=p34;/超聲波模塊的觸發(fā)io口sbit echo=p32;/超聲波模塊的接收io口void timer0init()/定時(shí)器0初始化，每1us中斷一次tmod=0x01;th0=(65536-1)/256;tl0=(65536-1)%256;ea=1;et0=1;void delay(int z)/簡(jiǎn)略延遲函數(shù)，延遲z毫秒int i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void main()timer0init();/定時(shí)器0初始化trig=0;/超聲波模塊置低電平，初始化echo=0;/同上p1=

9、0x01;/初始化，讓燈不亮，蜂鳴器不響delay(5);/延遲5mswhile(1)tr0=1;/打開定時(shí)器0，開始計(jì)數(shù)trig=1;/給出發(fā)端20us的高電平while(counter=20);trig=0;tr0=0;/關(guān)閉定時(shí)器，停止計(jì)數(shù)counter=0;/計(jì)數(shù)值清0while(!(echo=1);/等待接收端返回高電平的信號(hào)，接收不到（也就是說為低電平）就繼續(xù)等待tr0=1;/接收到返回信號(hào)后開始計(jì)時(shí)while(!(echo=0);/等待返回信號(hào)結(jié)束tr0=0;/停止計(jì)時(shí)time=counter*1.0/1000.0;/計(jì)算時(shí)間，單位為mscounter=0;/counter作用已經(jīng)結(jié)束，所以清0distance=time*17.0;/計(jì)算距離，單位為cmif(distance=50.0)p1=0x00;else if(distance=100.0)p1=0x03;else if(distance=200.0)p1=0x07;else if(distance=300.0)p1=0x0f;else if(distance=400.0)