基于51單片機的超聲波測距儀設(shè)計(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于MCS51單片機的超聲波測距儀設(shè)計 系 (院)信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級12應(yīng)用電子學(xué) 號學(xué)生姓名萬小偉校內(nèi)導(dǎo)師董李江職 稱老師企業(yè)導(dǎo)師夏國平職 稱工程師企業(yè)導(dǎo)師潘仕美職 稱研究生2015年5月12 日 專心-專注-專業(yè)基于MCS51單片機的超聲波測距儀設(shè)計摘要：伴隨著社會的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷地提高，各個的城市不斷地在發(fā)展，當(dāng)然城市的排水系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展和改進，由于很多的原因和很多的因素，每個城市的排水系統(tǒng)，現(xiàn)在的城市的發(fā)展和建設(shè)往往忽略一些重要的項目那就是排水系統(tǒng)。所以好多的城市經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑和工程設(shè)

2、施來改進排水系統(tǒng)因此他們忽視到這個問題的嚴(yán)重性。因此，我的論文設(shè)計是采用以AT89C51單片機為核心的高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法它還有一個重要的指標(biāo)那就是低成本一種的設(shè)計方法。通過一系列的實驗反饋，這個軟件設(shè)計的非常的合理、低成本、實時性良好，經(jīng)過開發(fā)和研究，因此在許多的方面得到很多的發(fā)展和有效的解決一些重要的問題比如在汽車的倒車，建筑的工地上，還有一些重要的工業(yè)現(xiàn)場的重要的位置等等。關(guān)鍵詞：超聲波 測距儀AT89C51The design of ultrasonic range finder based on MCS51Abstract:With t

3、he development of science and technology, the improvement of people's standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situation is constantly improving. control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the

4、robot is designed to clear the culvert sewage to the core. At the core of the design using AT89C51 low-cost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. signal processing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overa

5、ll system design, hardware and software by the end of each module. Keywords: Silent Wave Measure Distance AT89S52目 錄第一章 緒論11課題設(shè)計的目的和意義論文設(shè)計目的；隨著社會的不斷地發(fā)展，電子測量技術(shù)得到了長遠的展，超聲波的精準(zhǔn)測量得到了科技人員的重視和研究。隨著城市的經(jīng)濟的發(fā)展，人們開始廣泛的使用電子測量技術(shù)，然而以精準(zhǔn)著稱的超聲波走進了人們的生活中，超聲波性價比高，功能強開始得到人們的青睞。20HZ的聲波我們把它稱為超聲波。超聲波和其他的機械波一樣擁有它傳播的介質(zhì)，比如在發(fā)生

6、折射及反射現(xiàn)象分界面中的介質(zhì)里傳播，進入介質(zhì)中傳播和不斷發(fā)生衰減的現(xiàn)象。由于超聲波具有這些特種和現(xiàn)象，因此把超聲波用來測量距離。通過實驗我們知道超聲波的準(zhǔn)確性非常的高下面我會證明的，在現(xiàn)在我們的生活水平和技術(shù)不斷的開發(fā)，超聲波測距技術(shù)也是我們不可或缺的一項科技它也融入到我們的生活中。大多數(shù)的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，用于倒車，冷庫的測量，工程的測量，超聲測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不會受任何的介質(zhì)和其他的一些物質(zhì)受到影響的所以我們可以放心使用，超聲波還有一項很重要的性能那就是衛(wèi)生沒有污染，當(dāng)然除了衛(wèi)生還有它非常的耐潮濕和耐高溫以及對一些環(huán)境非常惡劣的情況下和一些腐蝕的氣體都不會受到

7、任何的影響。所以具有好多西優(yōu)秀的特征比如：少污染，可靠高，和壽命長等等。因此礦業(yè)、電廠、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等都得到了很大運用。水，糖，和一些我們常喝的飲料中大大的改善我們生活的質(zhì)量的保證。超聲波在各種環(huán)境中可以有效地控制距離的準(zhǔn)確性還有好的企業(yè)直接很好地運用到。因此，因此超聲波可以在不同的環(huán)境中有著不同的應(yīng)用和發(fā)展。用超聲波檢測通常快速便捷、方便、計算簡單、很容易實現(xiàn)控制等，而且在測量精度方面能達各種企業(yè)的發(fā)展的要求標(biāo)準(zhǔn)，因此超聲波開發(fā)減輕人們負(fù)擔(dān)，提高準(zhǔn)確性是一項重要的指標(biāo)，在一些科技館中我們看到很多的機器人可以準(zhǔn)確的避障礙物

8、行走，就是因為機器人內(nèi)部中裝有超聲波的準(zhǔn)確測距，從而使得機器人很快的獲知障礙物的距離，方向等一系列的障礙因素。所以超聲波在科技中得到了永久的發(fā)展這是一座里程碑。所以超聲波上具有的優(yōu)點在各個行業(yè)都有舉足輕重的發(fā)展，它代表著人類的進步，發(fā)展，探知的一個重要的里程碑。1.2超聲波測距儀設(shè)計思路1.2.1超聲波測距原理及方案論證超聲波傳感器好和測距原理:通過科學(xué)家的研究結(jié)果表明把超過20HZ頻率的聲波稱之為超生波。通過超聲波傳感器發(fā)出來的聲波和接受聲波，我們稱為超聲波換能器或超聲波探頭。在超聲波中我們把它設(shè)計為超聲波傳感器里面擁有發(fā)射器和接受器.下面我解釋一下超聲波傳感器的一些重要的原理：我們利用壓電

9、的效應(yīng)原理將壓電效應(yīng)出來的電能和超聲波傳感器發(fā)出的超聲波完美的相互轉(zhuǎn)化，因此在發(fā)射超聲波的時候，則將超聲波轉(zhuǎn)化為電能，我們發(fā)射超聲波的時候在它收回波時，我們就可以把超聲波的震動轉(zhuǎn)化為電信號，這也是人類進步的一個標(biāo)準(zhǔn)。我在解釋一下超聲波測距的原理是什么：超聲波測距的原理我們一般采用的是叫渡越時間簡稱為TOF，首先我們要先測出我們已經(jīng)發(fā)射超聲時所遇到的障礙物往返所用的時間t，最后在和超聲波所發(fā)射的速度相乘即就可以得到障礙物和二倍聲源之間的距離。根據(jù)要求和研究和它方面的因素，在超聲波測距中我們一般都用叫動態(tài)掃描的一種重要的方法從來成功的實現(xiàn)出LED的數(shù)字顯示的功能，而在超聲波測距里的結(jié)構(gòu)我們用的是A

10、T89C52的單片機來實現(xiàn)的。原因是單片機的定時器可以完美的完成超聲波的驅(qū)動信號從而形成超聲波的測距儀圖1.2.1超聲波測距儀的系統(tǒng)框1.2.2超聲波測距儀原理框圖超聲波測距原理圖1.2.2所示。超聲波發(fā)出40kHZ的信號，隨后進行放大，在經(jīng)過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器可以汲取到超聲波發(fā)射的信號，繼而通過放大器的放大效果，在用鎖相電路舉行檢波處置后，最終驅(qū)動單片機的中止流程，繼而得出這個時段的時間t，再由其他軟件進行識別，從而得出它的距離送到LED。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時器單片機控制顯示器 圖1.2.2超聲波測距儀原理框圖第二章 課程的方案設(shè)計2.1系統(tǒng)

11、整體方案的設(shè)計因為超聲波具有指向性強的一個重要的特征，所以在介質(zhì)中超聲波傳布的間隔是比較遠的，于是在距離的測量上超聲波得到了很大的運用?，F(xiàn)在在一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上都可以達到自動化的效果，因為他們有效合理的利用超聲波測距的一些重要的指標(biāo)加以實現(xiàn)自動化的效果比如它設(shè)計方便，計算處理簡單等等，大大的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)頻率。可以看出超聲波在越來越多的領(lǐng)域上的得到發(fā)展和升華。 使用超聲波的放射出和承受超是聲波測距的理論，按照超聲波流傳的時間檢測超聲波所傳布的距離。所以它在很多儀器被運用其中有一種測距儀是將發(fā)射波被一些東西反彈回來后吸收的反射波方式。 第三章 51系列單片機的功能特點及測距原理3.1 基于5

12、1系列單片機的功能特點我們知道在5l系列單片機中最經(jīng)典的芯片也就是AT89C2，它一般選用的是40引腳雙列直插拼裝形式效果，在它的里面是由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個16b的定時計數(shù)器TO和T1，4個8 b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。圖3.1該系列單片機引腳與封裝5l系列單片機可以供應(yīng)下列功效：4 kB存儲器；256 BRAM；32條工O線；2個16b定時計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。掉電的形式：保留RAM的內(nèi)容，振蕩器停振，抑制芯片所有的其余的功效一直到下一次硬件復(fù)位為止?？臻e的形式：CPU停止工作，而讓RA

13、M、定時計數(shù)器、串行口和中止系統(tǒng)不斷地進行工作的形式。 3.2單片機實現(xiàn)測距原理 我們知道通過單片機發(fā)出超聲波測距是不斷的檢測超聲波發(fā)射后所遇到額碰撞物障和礙物所折射的回波，因此可以測出發(fā)射和回收回波的時間差為tr，最后可以求出它的距離為SCt2，其中的C的定義為為超聲波波速。為了限制這個系統(tǒng)的最大可測距離一般存在4個重要的因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射以及入射聲波之間的夾角和接收換能器的靈敏度。為了增加超聲波所測量的覆蓋范圍以及減小測量誤差度，所以一般可以采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射和接收的設(shè)計方法。它的測量一般和溫度有關(guān)。圖3.2幾種溫度速度因為有測距時它的溫度連續(xù)不斷

14、的變化可以看出，在通過溫度傳感器自動探測環(huán)境溫度下可以知道，肯定要計算距離時候的波速C，以及比較精確地算出該環(huán)境下超聲波通過的路程，為了提升它的測量精確度。一般在波速確定后的時候，從而測得超聲波往返的時間r，即而可以得出距離5。圖3.2.1系統(tǒng)原理框在單片機發(fā)出短暫的40kHz信號的時候，繼而通過放大后通過超聲波換能器輸出；在反射后的超聲波通過超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，在鎖相環(huán)對此信號鎖定，由于產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，從而得出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應(yīng)的計算結(jié)果被送至LED顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設(shè)定范圍系統(tǒng)提示聲音報警電路報警。3.3超聲波測距原理和結(jié)

15、構(gòu)在任何一方向發(fā)射超聲波的時候，同時開始計時在發(fā)射時刻的時候，可以知道超聲波在空氣中不斷的傳播和發(fā)射，在途中碰到一些的障礙物就立即返回來，超聲波接收器立即停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度一般為340m/s，根據(jù)記錄的時間t，則可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，公式為：s=340t/2 。 我們知道超聲波易于定向方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用LM92溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設(shè)計的高精度超聲波能達到毫米級的測量精度。 在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精

16、度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。 3.4超聲波檢測發(fā)射電路 利用555時基電路振蕩產(chǎn)生超聲波信號它的頻率是40HZ，使它的頻率與換能器的40kHz固有頻率一樣555時基具有足夠驅(qū)動能力是12V的電壓。由單片機控制。圖3.4超聲波發(fā)射電路原理圖3.5超聲波檢測接受電路 采用集成電路CX20106A是超聲波接收電路，我們經(jīng)常用的電視機紅外遙控接收器。是利用一款紅外線檢波接收超聲波的專業(yè)芯片。設(shè)計者考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距超聲波頻率40KHz比較的相近所以利用它我們把它作為超聲波檢測電路。通過實驗證明它具有較強的干擾能力和很高的靈活性。因此適當(dāng)改

17、變C4的大小，就可以改變接受電路的抗干擾能力以及靈敏度。第四章 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試和程序圖超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1和TCT40-10S1，40HZ是它的主要頻率，從而保持在兩換能器中心軸線平行并相距48cm。測距儀能測的范圍為0.083.00m，測距儀精度1cm。是它的主要性能指標(biāo)下面是我寫的一些程序的清單是用匯編語言編寫的超聲波測距控制源程序：先采用AT89S52 單片機和 12z晶振顯示緩沖單元在，使用內(nèi)存44H、45H、46H用于計算距離20H用于標(biāo)志。VOUT EQU P1.0;/脈沖輸出端口*中斷入口程序*ORG 0000H LJMP STARTOR

18、G 0003H LJMP PINT0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG 001BH LJMP INTT1ORG 0023HRETIORG 002BH RETI *主程序*START: MOV SP, #4FH MOV R0, #40H;/4043H為顯示數(shù)據(jù)存放單元 MOV R7,#0BHCLEARDISP:MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, #00H MOV TMOD, #21H;/T1為8位自動重裝模式 MOV TH0, #00H;/65ms初值 MOV TL0, #00H;/40KHz初值

19、 MOV TH1, #0F2H MOV TL1, #0F2H MOV P0, #0FFHMOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFHMOV R4, #04H；/超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的一半）SETB PX0SETB ET0STEB EACLR 00HSETB TR0;開啟測距定時器START1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1;/收到反射信號時標(biāo)志位為1 CLR EA LCALL WORK；/計算距離子程序 SETB EA CLR 00H SETB TR0 ；/重新開啟測距定時器 MOV R2, #64H ；/測量間隔控制（

20、約4*100=400ms）LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP START 1*中斷程序*;T0中斷，65ms中斷一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0;/啟動計時器T0，用以計算超聲波來回時間 SETB TR1;/開啟發(fā)超聲波用定時器T1OUT: RETI;T1中斷，發(fā)超聲波用INTT1: CPL VOUT DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1；/超聲波發(fā)送完畢，關(guān)T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0；

21、/開啟接收回波中斷RETIOUT: RETI;外中斷0，收到回波時進入PINT0: CLR TR0；關(guān)計數(shù)器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ；/將計數(shù)值移入處理單元 MOV 45H, TH0 SETB 00H；接收成功標(biāo)志 RETI*延時程序*DL1MS: MOV R6, #14HDL1: MOV R7, #19H DJNZ R6, DL1 RET*顯示程序*DISPLAY：MOVR1, #40H;GMOVR5,#0F7H;GPLAY:MOVA, R5MOVP0, #0FFHMOVP2, AMOVA, R1MOVDPTR, #TABMO

22、VCA, A+DPTRMOVP0, ALCALL DLIMSINCR1MOVA, R5JNBACC.0, ENDOUT;GRRAMOVR5, AAJMPPLAYENDOUT; MOVP2, #0FFHMOVP0, #0FFHRETTAB; DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH；共陽數(shù)碼管0 ,1, 2,3,4,5,6,7,8,9/不亮*超聲波距離的計算程序的公式(=計算值×17/1000cm) 一般的WORK: PUSHACCPUSH PSW PUSH BMOVPSW, #18HMOVR3, 45H

23、MOVR2, 44HMOVR1, #00D MOVR0, #17DLCALL MUL2BY2MOVR3, #03HMOVR2, #0E8H LCALLDIV4BY2LCALLDIV4BY2MOV40H, R4MOVA, 40HJNZJJ0MOV40H, #0AH;/最高位為0，不點亮JJ0:MOVAR0MOVR4, AMOVAR1MOVR5 AMOV R3, #00DMOVR2, #100DLCALLDIV4BY2MOV41H, R4MOVA, 41H JNZJJ1MOVA, 40H；/這個高位為0，最先看看最高位是不是不亮 SUBBA, #0AHJNZJJ1MOV41H, #0AH；/最高位

24、不亮，次高位也不亮JJ1: MOVA, R0MOVR4, AMOVA, R1MOVR5, AMOVR3, #00DMOVR2, #10DLCALL DIV4BY2MOV42H, R4MOVA42HJNZJJ2MOVA, 41H;/這個次高位為0，最先看看次高位是不是不亮SUBBA, #0AHJNZJJ2MOV42H, #0AH；/次高位不亮，次高位也不亮JJ2:MOV43H, R0POPBPOPPSWPOPACCRET *兩字節(jié)無符號數(shù)乘法程序 MUL2BY2:CLRAMOVR7, AMOVR6, AMOV R5, AMOVR4, AMOV46H, #10HMULLOOP1:CLRCMOVA,

25、 R4RLCAMOVR4, AMOVA,R5RLCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOV R7, AMOV A, R0RLC AMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, AJNCMULLOOP2MOVA, R4ADDA, R2MOVR4, AMOVA, R5ADDCA, R3MOVR5, AMOVA, R6ADDCA, #00HMOVR6, AMOVA, R7ADDCA, #00HMOVR7, AMULLOOP2:DJNZ46H, MULLOOP1RET*四字節(jié)/兩字節(jié)無符號數(shù)除法程序DIV4BY2:MOV46H, #20HMOVR

26、0,#00HMOVR1, #00HDIVLOOP1: MOVA, R4 RLCAMOVR4, AMOVA, R5RLCAMOVR5, AMOVA, R6RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOVR7, AMOVA, R0RLCAMOVR0, AMOVA, R1RLCAMOVR1, A CLRCMOVA, R0SUBBA, R2MOVB, AMOV A, R1SUBBA, R3JCDIVLOOP2MOVR0, BMOVR1, ADIVLOOP2:CPLCDJNZ46H, DIVLOOP1MOVA, R4RLCAMOVR4,AMOVA,R5RLCAMOVR5,AMOVA, R6 RLCAMOVR6, AMOVA, R7RLCAMOVR7, ARET;END總 結(jié)由于時間和其他的相關(guān)因素我沒有做出實物，對此我感到非常的抱歉，但是對我設(shè)計超聲波的一個很好地理論對此我問心無愧。最終我設(shè)