基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)目錄1目的12本設(shè)計(jì)的主要研究容22.1超聲波測(cè)距的原理22.2設(shè)計(jì)的主要容23超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)33.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案34超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的設(shè)計(jì)44.1超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)44.1.1超聲波發(fā)射部分44.1.2超聲波接收部分44.1.3LCD顯示部分54.1.4報(bào)警部分65系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)75.1程序代碼：76系統(tǒng)誤差分析146.1溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響1414 / 151 目的1.1 選擇超聲波測(cè)距的原因超聲波測(cè)距是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用的,相對(duì)于其它諸多測(cè)距方法而言,超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)突出。運(yùn)用到現(xiàn)代距離測(cè)量的新

2、要求的現(xiàn)代裝置中,相對(duì)于智能小車(chē)、紅外感應(yīng)太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)和液晶顯示，我認(rèn)為我們的優(yōu)勢(shì)十分明顯。智能小車(chē)他們工序過(guò)于繁瑣，雖然可利用程度最高，但很難在短時(shí)間完成這樣一個(gè)高質(zhì)量的任務(wù)。紅外感應(yīng)太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)，雖然能完成，但以后的發(fā)展空間不大，在現(xiàn)在幾乎已經(jīng)非常普與了。液晶顯示，雖然前衛(wèi)，但發(fā)展空間已不大。2 本設(shè)計(jì)的主要研究容2.1 超聲波測(cè)距的原理超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波， 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t，然后求出距離 (1-1)式(1-1)中的c為超聲波在空氣中傳播的速度。2.2 設(shè)計(jì)的主要容單片機(jī)控制超聲波模塊發(fā)射與檢波接收，其系統(tǒng)原理框圖如圖1所

3、示。 圖1 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖通過(guò)P1.0發(fā)一個(gè)40KHz的方波脈沖信號(hào)，遇被測(cè)物反射后回波被超聲波接收換能器接收。進(jìn)行相關(guān)處理后，輸入單片機(jī)的INT0（P3.2）腳產(chǎn)生中斷，計(jì)算中間經(jīng)歷的時(shí)間,然后根據(jù)公式（1-1）算出距離。3 超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)3.1 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)STC89s52編程產(chǎn)生40KHz的方波脈沖，由P1.0口輸出，就可以在接收口P3.2（Echo引腳）等待高電平輸出。一旦有高電平出處，即在模塊中經(jīng)過(guò)放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來(lái)后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過(guò)接收電路的檢波放大、積分整形與一系列處理，接

4、收口P3.2口即變?yōu)榈碗娖剑x取單片機(jī)中定時(shí)器的值。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離，并由液晶顯示出來(lái)。該測(cè)距裝置是由超聲波模塊、單片機(jī)和LCD顯示電路組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路組成超聲波測(cè)距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時(shí)序圖如圖3-1所示。圖2 時(shí)序圖超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在T0時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，由此便可計(jì)算出距離。4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的

5、設(shè)計(jì)4.1 超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)4.1.1 超聲波發(fā)射部分超聲波發(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(hào).編程由單片機(jī)P1.0端口輸出40 kHz左右的方波脈沖信號(hào)，由于單片機(jī)端口輸出功率不夠，40 kHz方波脈沖信號(hào)分成兩路，送給一個(gè)由74HC04組成的推挽式電路進(jìn)行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn)，滿(mǎn)足測(cè)量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器TCT4016T以聲波形式發(fā)射到空氣中。發(fā)射部分的電路，如圖2所示。圖中輸出端上拉電阻R31，R32，一方面可以提高反向器74HC04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由

6、振蕩的時(shí)間。4.1.2 超聲波接收部分上述TCT4016T發(fā)射的在空氣中傳播，遇到障礙物就會(huì)返回，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進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)，并對(duì)此電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形等處理后，這里用索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CX20106，得到一個(gè)負(fù)脈沖送給單片機(jī)的P3.2(INT0)引腳，以產(chǎn)生一個(gè)中斷。接收部分的電路，如圖3所示。4.1.3 LCD顯示部分本設(shè)計(jì)顯示部分采用字符型TC1602液晶顯示所測(cè)距離值。TC1602顯示的容量為2行16個(gè)字。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，與數(shù)碼管相比，顯得更專(zhuān)業(yè)、美觀(guān)。

7、使用時(shí)，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，P2口與LCD的控制線(xiàn)相。連如5圖LCD仿真圖5 LCD PROTRUS仿真其中，TC1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，第6腳E為使能端。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。這里要注意的是，為了布線(xiàn)方便，單片機(jī)端的D0D7是接到LCD602的D1D0，正好相反，因此在編寫(xiě)軟件時(shí)需要做處理，使讀取正確。4.1.4 報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器，由P1.2輸出一定頻率的信號(hào)，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管9 012的放大。報(bào)警部分的連線(xiàn)，如圖6所示。圖6 蜂鳴器PROTEUS仿真圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件方面：軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)

8、程序，如圖4-1所示。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收，距離計(jì)算、結(jié)果的輸出。外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取。圖表 1主程序流程圖5.1 程序代碼：#include <reg52.h> #include <intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit Trig =P10; /發(fā)射40KHZ波 sbit Echo =P32; /中斷入口sbit beep=P12; /蜂鳴器端口sbit rs= P24;sbit rw

9、 = P25;sbit ep = P26;bit succeed_flag;uint flag,timeH,timeL,time,distance;unsigned char code dis1 = "the juli is:"unsigned char code dis2 = "0123456789"unsigned char code dis3 = "mm"void delay(unsigned char ms)/LCD延時(shí)子程序unsigned char i;while(ms-)for(i = 0; i< 250; i+)

10、_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void delay_20us() /延時(shí)20us uchar bt ; for(bt=0;bt<100;bt+); bit lcd_bz() /測(cè)試LCD忙碌狀態(tài)bit result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result = (bit)(P0 & 0x80);ep = 0;return result;void lcd_wcmd(unsigned char cmd) /寫(xiě)指令數(shù)據(jù)到LCD子程序while(lcd_bz();/判斷LCD是

11、否忙碌rs = 0;rw = 0;ep = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;void lcd_pos(unsigned char pos) /設(shè)定顯示位置子程序lcd_wcmd(pos | 0x80);void lcd_wdat(unsigned char dat) /寫(xiě)入顯示數(shù)據(jù)到LCD子程序while(lcd_bz();/判斷LCD是否忙碌rs = 1;rw = 0;ep = 0;P0 = dat;_nop_();

12、_nop_();_nop_();_nop_();ep = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();ep = 0;void lcd_init() /LCD初始化子程序lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);void main() unsigned char i;lcd_init(); /初始化LCDdelay(10);lcd_pos(0x01);/設(shè)置顯示位置i = 0;while(dis1i != '0

13、9;)lcd_wdat(dis1i);/顯示字符i+;beep=1;Trig=0; /首先拉低脈沖輸入引腳 EA=1;/打開(kāi)總中斷0TMOD=0x10; /定時(shí)器1，16位工作方式 while(1) EA=0; /關(guān)總中斷Trig=1; /超聲波輸入端delay_20us(); /延時(shí)20us Trig=0; /產(chǎn)生一個(gè)20us的脈沖while(Echo=0); /等待Echo回波引腳變高電平 succeed_flag=0; /清測(cè)量成功標(biāo)志 EA=1;EX0=1; /打開(kāi)外部中斷0 TH1=0; /定時(shí)器1清零TL1=0; /定時(shí)器1清零TF1=0; /計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器

14、1delay(20); /等待測(cè)量的結(jié)果TR1=0; /關(guān)閉定時(shí)器1 EX0=0; /關(guān)閉外部中斷0if(succeed_flag=1) time=timeH*256+timeL;distance=time*0.172; /0.344/2=0.172mmlcd_pos(0x42); /設(shè)置顯示位置lcd_wdat(dis2distance/100);/百位lcd_wdat(dis2(distance%100)/10);/十位lcd_wdat(dis2distance%10);/個(gè)位lcd_wdat(dis30);delay(10);lcd_wdat(dis31);if(succeed_flag=0)distance=0; /沒(méi)有回波則清零beep=!beep; /測(cè)試蜂鳴器變化 /外部中斷0，用做判斷回波電平void exter() interrupt 0 / 外部中斷0是0號(hào) timeH =TH1; /取出定時(shí)器的值 timeL =TL1; /