智能化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、 電氣信息學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題 目： 專 業(yè)： 年 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書目 錄一、課程設(shè)計(jì)目的3二、內(nèi)容及要求32.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 32.2、設(shè)計(jì)要求 3三、超聲波傳感器的工作原理3四、系統(tǒng)框圖4五、單元電路設(shè)計(jì)原理45.1、52系列單片機(jī)的功能特55.2、超聲波發(fā)射電路 55.3、超聲波檢測(cè)接收電路 6六、完整的電路圖7七、程序流程圖7八、參考文獻(xiàn)8九、設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法9十、總結(jié)9一、課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)，掌握傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步理解傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)

2、用。二、內(nèi)容及要求超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容采用40KHz的超聲波發(fā)射和接收傳感器測(cè)量距離。可采用發(fā)射和接收之間的距離，也可將發(fā)射和接收平行放在一起，通過(guò)反射測(cè)量距離。2.2設(shè)計(jì)要求1）掌握傳感器的工作原理及相應(yīng)的輔助電路設(shè)計(jì)方法。2）獨(dú)立設(shè)計(jì)原理圖及相應(yīng)的硬件電路。3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書格式規(guī)范，層次合理，重點(diǎn)突出。并附上詳細(xì)的原理圖。三、超聲波傳感器的工作原理由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動(dòng)化的使用要求。 目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓

3、電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本文采用STC89C52單片機(jī)作為控制器，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。理論計(jì)算如圖1所示為反射時(shí)間法，是利用檢測(cè)聲波發(fā)出到接收到被測(cè)物反射回波的時(shí)間來(lái)測(cè)量距離其原理如圖所示，對(duì)于距離較短和要求不高的場(chǎng)合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過(guò)測(cè)量回波時(shí)間T利用公式S=C*(T/2) 其中，S

4、為被測(cè)距離、V為空氣中聲速、T為回波時(shí)間（T=T1+T2），這樣可以求出距離：S=C(T1T2)/2圖1 測(cè)距的原理超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器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，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀

5、取時(shí)間差，計(jì)算距離。四、系統(tǒng)框圖單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路定時(shí)器單片機(jī)控制顯示器圖2 超聲波測(cè)距儀原理框圖五、單元電路設(shè)計(jì)原理硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C52或其兼容系列。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。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的

6、方波信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。52系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)52系列單片機(jī)中典型芯片(STC89C52)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4KB的ROM，256B的RAM，2個(gè)16B的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8 B的I/O端口：P0，P1，P2，P3，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖3所示。圖3 52系列單片機(jī)封裝圖52系列單片機(jī)提供以下功能：4KB存儲(chǔ)器；256BRAM；32條I/O線；2個(gè)16B定時(shí)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路?？臻e方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式：保存RAM的