(完整word版)超聲波測距儀硬件電路研發(fā)設(shè)計(jì)

1、1超聲波測距儀電路輪機(jī)系樓宇 071周鈺泉2007212117實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬暡y距儀的原理，掌握焊接方法，掌握電路串接方法,熟悉電路元件。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材：電烙鐵，錫線，電路元件以下為元件清單：參數(shù)名稱代號(hào)數(shù)量參數(shù)名稱代號(hào)數(shù)470UC111KR1, R2, R3,1 量100uC214.7R4RR16,1104C3, C42220KR141224C5, C10222KR151223C614.7KR181330PC71按鍵RST, S1,53.3UFC81蜂鳴器S2, S31S411UFC91超聲波接收管R147UFC111超聲波發(fā)射管T110uFC121LM7805U1130pCY1, CY

2、2274HC245U214007D1, D2, D3, D4489S52U310.36 數(shù)碼管DS11CD4069/74LS04U41360 QR5, R6, R7, R8, R9, R10,R11, R12,8CX20106AU5110K 排阻PR1111.0592MY118550Q1, Q2, Q3, Q4, Q55DC 電源插座1P11下載頭JTAG1PCB 電路板1實(shí)驗(yàn)步驟:1,1,學(xué)習(xí) keilkeil 軟件編寫程序2 2、焊接電路板 3 3、運(yùn)行調(diào)試超聲波測距程序:#i nclude un sig ned char codedispbitcode=0 x31,0 x32,0 x34

3、,0 x38,0 x30,0 x30,0 x30,0 x30;矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。un sig nedcharcodedispcode=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00,0 x77,0 x7c,0 x39;聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。un sig neddispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0;un sig ned char dispco unt;un sig ned char getdata;un sig ned int temp;un sig ned int temp1;cha

4、r23ST=0;while(1)if(K1=0)delay10ms();if(K1=0)yw=1;wd=0;else if(K2=0)delay10ms();if(K2=0)wd=1;yw=0;else if(LC=1)delay10ms(); if(LC=1)M1=0;M2=1;temp1=13; shuid=0;shuig=1;LB=0;else if(LC=0) & (LB=1)delay10ms();if(LC=0) & (LB=1)M1=0;M2=0;temp1=12;shuig=0;shuid=0;LB=0;unsigned char i;sbit ST=P3A0;

5、sbit 0E=P3A1;sbit EOC=P3A4;sbit CLK=P3A5;sbit M1=P3A6;sbit M2=P3A7;sbit SPK=P2A6;sbit LA=P3A3;sbit LB=P3A2;sbit LC=P2A7;sbit K1=P2A4;sbit K2=P2A5;bit wd;bit yw;bit shuid;bit shuig;unsigned int cnta;unsigned int cntb;bit alarmflag;void delay10ms(void)unsigned char i,j;for(i=20;i0;i-)for(j=248;j0;j-);

6、void main(void)M1=0;M2=0;yw=1;wd=0;SPK=0;ST=0;0E=0;TM0D=0 x12;TH0=0 x216;TL0=0 x216;TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;TR1=1;TR0=1;ET0=1;ET1=1;EA=1;ST=1;4else if (LB=0) & (LA=1)delay10ms();if(LB=0) & (LA=1)M1=1; M2=0;temp1=11;shuig=0;shuid=0;LB=0; else if (LA=0)delay10ms();if(LA=0)M1=1;

7、M2=0; temp1=0;shuid=1;shuig=0;LB=0;void t0(void) interrupt 1 using 0CLK=CLK;void t1(void) interrupt 3 using 0TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;if(EOC=1)OE=1; getdata=P1;OE=0; temp=getdata*25;temp=temp/64; i=2;dispbuf0=10;dispbuf1=10;dispbuf2=0;dispbuf3=0;if(yw=1)&(wd=0)dispbuf+i=temp1;else

8、 if(yw=0)&(wd=1)while(temp/10)dispbufi=temp/10;temp=temp%10;dispbuf+i=temp;ST=1;ST=0;P0=dispcodedispbufdispcount;P2=dispbitcodedispcount;dispcount+;if(dispcount=8)dispcount=0;if(shuig=1) & (shuid=0)cnta+;if(cnta=800)cnta=0;alarmflag=alarmflag;if(alarmflag=1)SPK=SPK;else if(shuig=0) & (sh

9、uid=1)cntb+;if(cntb=400)cntb=0;alarmflag=alarmflag;5if(alarmflag=1)SPK=SPK;elseT!實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1.1 超聲波測距儀硬件電路硬件電路可分為單片機(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。1.2 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路本系統(tǒng)采用 AT89S52AT89S52 來實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳感器的控制。單片機(jī)通過P1.0P1.0 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測 INT0INT0 引腳，當(dāng) INT0INT0 引腳 的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。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，

10、通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。超聲波測距的硬件示意圖如圖 3 3 所示：殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。單片機(jī)采用 89S52 或其兼容系列。采用 12MHz 高精度的晶振，已獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻電路原理圖:ialarmflag=0;cn ta=0;cntb=O;/完整6率，減少測量誤差。單片機(jī)用P1.0 端口輸出超聲波換能器所需的40KHZ 的方波信號(hào)，利用外中斷 0 口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.3 顯示的輸出顯示的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到 CRTCRT 顯示器等，都可以與 微機(jī)連接。其中單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示是發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器（簡稱

11、 LEDLED 顯示器）。液晶顯示器簡 LCDLCD LEDLED 顯示器價(jià)廉，配置靈活，與單片接口方便， LCDLCD 可顯示圖形，但接口較復(fù)雜成本也較高。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。該電路使用 7 7 段 LEDLED 構(gòu)成字型“8 8”，另外還有一個(gè)發(fā)光二極管顯示符號(hào)及小 數(shù)點(diǎn)。這種顯示器分共陽極和共陰極兩種。這里采用共陽極 LEDLED 顯示塊的發(fā)光二 極管陽極共接，如下圖 1 1 所示，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)， 該發(fā)光二 極管亮。它的管腳配置如下圖2 2 所示。謀養(yǎng)摶篋飆鐸懟類蔣薔。實(shí)際上要顯示各種數(shù)字和字符，只需在各段二極管的陰極上加不同的電平， 就可以得到不同的代碼。這些用來

12、控制 LEDLED 顯示的不同電平代碼稱為字段碼 （也 稱段選碼）。如下表為七段 LEDLED 的段選碼。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。表 3-13-1 七段 LEDLED 的段選碼顯示字符共陽極段選碼dpdp gfedcbagfedcba顯示字符共陽極段選碼dpdp gfedcbagfedcba0 0C0H HA A88H88H1 1F9H HB B83H83H2 2A4H HC CC6HC6H3 3B0H HD DA1HA1H4 499H HE E86H86H5 592H HF F8EH8EH6 682H HP P8CH8CH7 7F8H Hy y91H91H8 880H H8.8.00H00H9

13、 990H H火FFHFFH本系統(tǒng)顯示電路采用簡單實(shí)用的 4 4 位共陽 LEDLED 數(shù)碼管，位碼用 PNPPNP 三極管 85508550 驅(qū)動(dòng)。單片機(jī) 系 統(tǒng) 顯 示 電 路 如 圖3 3所 示 。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。e d c dp亡0曲com7圖 3 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路1.4 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 4 4 所示。發(fā)射電路主要有反向器 CD4069CD4069 和超聲 波發(fā)生換能器 T T 構(gòu)成，單片機(jī) P1.0P1.0 的端口輸出 40KHZ40KHZ 方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向 器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的 另一個(gè)電極。用

14、這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻 R10,R10, R11R11 一方面可以提高反向器 741S04741S04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加 超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由震蕩的時(shí)間。鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。圖 4 4 超聲波發(fā)射電路原理圖1 5 超聲波檢測接收電路集成電路 CX20106ACX20106A 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?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHZ38KHZ 與測距的超聲波頻率 40KHZ40KHZ 較為接近，可以利用它制作超聲波

15、檢測接收電路 （如圖 5 5）。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20106ACX20106A 接受超聲波（無信號(hào)時(shí)輸出高電8平），具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 C4C4 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力?；[叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。圖 5 5 超聲波檢測接收電路原理圖2.超聲波測距儀系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)2.1超聲波測距儀的程序設(shè)計(jì)超聲波測距器的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序， 超聲波發(fā)生子程序，超聲波接受中 斷程序及顯示子程序組成。我們知道 C C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編 語言程序則具有較高的效率并且容易精確計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距器的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），有要求

16、精確計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲 波測距時(shí)），所以控制程序可采用 C C 語言和匯編語言混合編程。下面對(duì)超聲波測 距器的算法、主程序、超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收斷程序逐一介紹。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.1.1 超聲波測距器的算法設(shè)計(jì)圖 6 6 示意了超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器 T T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲 波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波信號(hào)遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R R 所接 收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可以計(jì)算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。9圖 6 6 超聲波測距的示意圖距離的計(jì)算公式：d=s/2=d=s/2=（c*t

17、c*t）/2/2其中 d d 為被測物與測距器的距離，s s 為聲波的來回路程，c c 為聲波，t t 為聲 波來回所用的時(shí)間。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c c 與溫度有關(guān)，表 4-14-1 列出了幾種不同溫 度下的超聲波聲速，在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的， 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Ｕ?聲速校正后，只要 測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。表 4-14-1 不同溫度下超聲波聲速表溫度/C-30-30-20-20-10-100 0101020203030100100聲速 c/m/sc/m/s：313313319319

18、3253253233233383383443443493493863862.1.2 主程序主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定定時(shí)器TOTO 工作模式為 6 6 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EAEA 并給顯示端口 P0P0 和 P2P2 清 0 0。然后調(diào)用超聲波發(fā) 生子程序送出一個(gè)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(shí)約 0.1ms0.1ms （這也就是超聲波測距器會(huì)有一個(gè)最小測距離 的原因）后，才打開外中斷 0 0 接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是 12MHZ12MHZ 勺晶 振，計(jì)算器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1us,1us,，當(dāng)主程序檢測到接收成功

19、的標(biāo)志位后， 將計(jì) 數(shù)器 T0T0 中的數(shù) （即超聲波來回所用的時(shí)間） 按式 （1-21-2 ）計(jì)算，即可得被測物體 與測距器之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 2020T時(shí)的聲速為 344m/s344m/s 則有擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。D=D=（c*tc*t）/2=172T0/10000cm/2=172T0/10000cm1-21-2其中 T0T0 為計(jì)數(shù)器 T0T0 的計(jì)數(shù)值。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCDBCD 碼方式送往 LEDLED 顯示約 0.5s0.5s，然后再發(fā)超 聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C C 語言編寫。圖 7 7 為主程序流程圖。贓熱俁閫歲

20、匱閶鄴鎵騷。10系統(tǒng)程序流程圖如圖 8 8 所示:圖 8 8 超聲波測距程序流程圖工作時(shí)，微處理器 AT89S52AT89S52 先把 P1.0P1.0 置 0 0,啟動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波， 同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器 T0T0 開始計(jì)時(shí)。由于我們采用的超聲波傳感器是收發(fā)一體的， 所以在發(fā)送完 1 16 6個(gè)脈沖后超聲波傳感器還有余震，為了從返回信號(hào)識(shí)別消除超 聲波傳感器的發(fā)送信號(hào)，要檢測返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后2.38ms2.38ms 才可以檢測，這樣就可以抑制輸出得干擾。當(dāng)超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回， 微處理器不停的掃描 INTOINTO 引腳，如果 INTOINTO 接收的信號(hào)由

21、高電平變?yōu)榈碗娖?，此天岡宦時(shí)器謹(jǐn)取所計(jì)教値圖 7 7 主程序流程圖11時(shí)表明信號(hào)已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷關(guān)閉定時(shí)器。再把定時(shí)器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過 換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.2 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 P1.0P1.0 端口發(fā)送 2 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻 率約為40kHz40kHz 的方波），脈沖寬度為 12us12us 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。 超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。超聲波測距器主程序利用外中斷 0 0 檢測返回超

22、聲波信號(hào)，一旦接收到返回超 聲波信號(hào)（即 INT0INT0 引腳出現(xiàn)低電平）立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷程序后立 即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T T0 0停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1 1。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出是還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0T0 溢出中斷將 外中斷 0 0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值 2 2 以表示本次測距不成功。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤 韋轔糴。3.超聲波測距儀誤差分析與調(diào)試3.1 誤差來源分析由超聲波測距原理可知，它是基于聲波速度不隨頻率變化為基礎(chǔ)的， 利用聲 波行進(jìn)于待測距離的時(shí)間為測量參量確定待測間距。主要誤差來源有：驅(qū)躓髏彥浹 綏譎飴憂錦。（1 1）聲波速

23、度變化引起的誤差，這與空氣的元素含量以及空氣溫度有關(guān)。”尸7由聲波傳播速度1 1 M M可知，聲速是與空氣的分子量與 M M 以及空氣溫度T T 有關(guān)。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。（2 2）脈沖計(jì)數(shù)頻率的穩(wěn)定性是直接導(dǎo)致“等效標(biāo)準(zhǔn)尺”長度變化的因素如果測量距離 L L 是w100100 米的話，mL=0.001=0.001 米，此誤差遠(yuǎn)小于超生測長誤差。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。（3 3）開關(guān)門的可靠性是標(biāo)志超聲波測距可靠性的關(guān)鍵，即同步門控制。也 就是說，超聲波發(fā)射與脈沖計(jì)數(shù)必須同步開門。 所以，非同步性帶來的隨機(jī)誤差 會(huì)影響結(jié)果。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。miLN Cmif由測長誤差關(guān)系式=L mf/ f可得,當(dāng)脈沖頻率準(zhǔn)確