超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共30頁)

1、 吉林建筑(jinzh)大學(xué)電氣(dinq)與電子信息工程學(xué)院傳感器與檢測(cè)(jin c)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào) 100312114 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.6.152014.6.26 教師評(píng)語：成績(jī) 評(píng)閱教師 日期 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc20565 第一章 緒論(xln)3 HYPERLINK l _Toc17144 1.1 項(xiàng)目研究背景(bijng)及意義3 HYPERLINK l _Toc6615 第二章 設(shè)計(jì)方案與論證(lnzhng)4 HYPERLINK l _Toc29845

2、 2.1 設(shè)計(jì)方案選擇4 HYPERLINK l _Toc17211 2.2 方案論證4 HYPERLINK l _Toc984 2.2.1測(cè)距傳感器的選擇5 HYPERLINK l _Toc8389 2.2.2 超聲波測(cè)試模塊的選擇5 HYPERLINK l _Toc16479 2.2.3 超聲波的特性5 HYPERLINK l _Toc1631 2.2.4 超聲波傳感器原理6 HYPERLINK l _Toc28201 2.2.5 電源選擇 PAGEREF _Toc28201 6 HYPERLINK l _Toc20698 2.2.6 顯示器的選擇 PAGEREF _Toc20698 6

3、HYPERLINK l _Toc15922 2.2.7 單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc15922 7 HYPERLINK l _Toc31502 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l _Toc15357 3.1 主控制模塊 PAGEREF _Toc15357 9 HYPERLINK l _Toc154 3.2 電源接口電路 PAGEREF _Toc154 10 HYPERLINK l _Toc6621 3.3 超聲波測(cè)試模塊 PAGEREF _Toc6621 11 HYPERLINK l _Toc29589 3.3.1 超聲波發(fā)射模塊 PAGEREF _Toc29589 11

4、 HYPERLINK l _Toc25092 3.3.2 超聲波接收電路 PAGEREF _Toc25092 11 HYPERLINK l _Toc2335 3.3.3 測(cè)距分析 PAGEREF _Toc2335 12 HYPERLINK l _Toc19714 3.4 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc19714 13 HYPERLINK l _Toc25710 3.5 復(fù)位（RST）電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25710 13 HYPERLINK l _Toc2270 3.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2270 14 HYPERLINK l _Toc2448

5、3 3.7 顯示模塊 PAGEREF _Toc24483 14 HYPERLINK l _Toc2571 第四章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2571 14 HYPERLINK l _Toc12781 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc12781 14 HYPERLINK l _Toc9306 4.2 主程序 PAGEREF _Toc9306 15 HYPERLINK l _Toc25563 第五章 總結(jié)16 HYPERLINK l _Toc4114 第六章 參考文獻(xiàn)17 HYPERLINK l _Toc13263 附 錄18 HYPERLINK l _Toc23069 附件

6、1：原理圖18 HYPERLINK l _Toc1883 附件2：程序19緒論(xln)1.1項(xiàng)目(xingm)研究及背景意義因?yàn)槌暡ㄔ诮橘|(zhì)中傳播不易受干擾，方向性好，能量集中度高，不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響，傳播距離比較遠(yuǎn)等許多特性，因此經(jīng)常被用于距離的非接觸測(cè)量，如測(cè)距儀等。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播特性；研發(fā)高效率收發(fā)電路，對(duì)于超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著人們生活水平和科學(xué)技術(shù)的提高，越來越多的人擁有了汽車。隨著城市化的加快，道路顯得很擁擠。尤其是很多新手駕車，特別是倒車時(shí)經(jīng)常發(fā)生擦碰。經(jīng)常因?yàn)橐恍┬栴}，造成車尾的損壞，車身被刮花等損失(snsh)

7、。如果有可以測(cè)距的設(shè)備，提示車尾或車頭與障礙的距離，讓新手?jǐn)[脫倒車的危險(xiǎn)，同時(shí)超聲波測(cè)距儀較其它儀器更衛(wèi)生，因而水處理廠、食品、環(huán)保檢測(cè)等場(chǎng)合；更耐潮濕、耐高溫，從而被廣泛應(yīng)用于紙業(yè)和防汛灰等?？稍诓煌h(huán)境中（電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠等）進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測(cè)距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求，因此為了使移動(dòng)機(jī)器人能夠自動(dòng)躲避障礙物行走，就必須裝備測(cè)距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障

8、礙物的位置信息（距離和方向）。因此超聲波測(cè)距在移動(dòng)機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容內(nèi)容： 采用40KHz的超聲波發(fā)射和接收傳感器測(cè)量距離?？刹捎冒l(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，通過反射測(cè)量距離。功能：（1）LED數(shù)碼管顯示測(cè)量距離，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位（單位：cm）。（2）測(cè)量方式可通過硬件開關(guān)預(yù)置。（3）測(cè)量范圍：30cm200cm，（4）誤差0.5cm。（5）其它。1.3課程設(shè)計(jì)要求(yoqi)及目的(md)要求(yoqi)：（1）掌握傳感器的工作原理及相應(yīng)的輔助電

9、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。目的：通過傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握傳感器及檢測(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)用。 第二章 設(shè)計(jì)方案與論證2.1 設(shè)計(jì)方案選擇此設(shè)計(jì)總體上包括硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。主要?jiǎng)澐譃閿?shù)據(jù)采集、按鍵設(shè)置、四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)距離顯示、報(bào)警等模塊。硬件電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)（AT89S51）控制電路。本設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)和超聲波傳感器，此系統(tǒng)通過三節(jié)1.5V電池供電，通過開關(guān)控制整個(gè)電路的通電與斷電；

10、此系統(tǒng)也是單片機(jī)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是由硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，輸入/輸出設(shè)備以及外部應(yīng)用電路。該軟件Keil是一個(gè)各種工作程序綜合。應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，包括整體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)階段。該系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)為核心的控制單元，當(dāng)所測(cè)量的距離小于所設(shè)定的距離時(shí)，主控制芯片將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較。然后控制蜂鳴器報(bào)警。電源AT89S51主控制器模塊按鍵控制超聲波傳感器模塊4位數(shù)碼管顯示模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊 LED數(shù)碼管 蜂鳴器模塊 圖2.1 系統(tǒng)(xtng)方框圖 2.2方案(fng n)論證2.2.1測(cè)距傳感器的選擇(xunz)超聲波傳感器：超聲波是一種超出

11、人類聽覺極限的聲波的振動(dòng)頻率超過20 kHz的機(jī)械波。在超聲波傳感器每次工作是要轉(zhuǎn)換的電壓和超聲波時(shí)，超聲波傳感器發(fā)射超聲波，該超聲波探頭發(fā)送超聲波發(fā)射電壓的轉(zhuǎn)換，接收到的超聲波，超聲波探頭接收超聲波回波電壓變換到時(shí)單片機(jī)控制芯片。高頻率的超聲振動(dòng)，波長(zhǎng)短，繞射小的現(xiàn)象，而且也為反射線等良好的方向性雙向通信和超聲波傳感器的能量消耗緩慢利于測(cè)距。2.2.2 超聲波的特性聲音是一種與人類生活密切相關(guān)的自然現(xiàn)象。聲音其實(shí)就是物體振動(dòng)頻率；科學(xué)家把每秒的振動(dòng)次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位為赫茲?？茖W(xué)家通過測(cè)試證明我們?nèi)祟惗淠苈牭?0至20000赫茲的聲音頻率。我們不能聽見振動(dòng)頻率大于20000（赫茲）

12、或小于20赫茲的（聲波）。“超聲波”其實(shí)就是頻率低于20000赫茲的聲波，而高于20000赫茲的聲波則稱為次聲波。當(dāng)一個(gè)高頻率的聲音超過人耳聽覺頻率范圍時(shí)(據(jù)統(tǒng)計(jì)并得到國(guó)際認(rèn)同，取整數(shù)為20000赫茲)，人們會(huì)注意不到周圍的聲音的存在，因此人們把這種高頻率的聲稱為“超”聲。2.2.3 超聲波傳感器原理市面上常見的超聲波傳感器多為開放型，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是由諧振器以及一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻

13、率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個(gè)金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個(gè)電信號(hào)時(shí)，就會(huì)因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)?；谝陨献饔茫憧梢詫弘娞沾捎米鞒暡▊鞲衅?。2.2.4 電源(dinyun)選擇（1）USB供電(n din)通過USB串口線連接到電腦后其他USB供電設(shè)備，接一個(gè)降壓電路就可以(ky)得到電路所要的電壓。電池供電用3節(jié)1.5V的電池供電，方便簡(jiǎn)單，便也攜帶。本設(shè)計(jì)電路相對(duì)來說簡(jiǎn)單，如果用USB供電，需要攜帶有USB接口的電源

14、十分不方便，而且本設(shè)計(jì)對(duì)電壓的要求并不高，3節(jié)1.5V電池共4.5V足以給電路供電而且攜帶方便使用便捷，所以本設(shè)計(jì)選擇用電池供電。2.2.5 顯示器的選擇在單片機(jī)的顯示電路中，常用的顯示模塊有液晶顯示屏、發(fā)光管、LED數(shù)碼管等。在本設(shè)計(jì)中可以選擇液晶顯示屏或者LED數(shù)碼管。LCD液晶屏液晶的物理性能使得液晶顯示得以實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)要地講，液晶顯示屏就是在兩個(gè)平行的板之間填充有液晶材料，通過改變液晶分子上的電壓來改變列行位置的材料內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)著色和照明的目的從而顯示出色調(diào)錯(cuò)落有致的圖像，通過在其顯示區(qū)域中的電壓控制中，有一個(gè)電顯示，從而使該圖形可以顯示出來。液晶顯示具有顯示質(zhì)量高、體積小、重量輕、功耗低等

15、優(yōu)點(diǎn)。LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管實(shí)質(zhì)上是由多個(gè)發(fā)光二極管排列組合而成的，數(shù)碼管的顯示通過單片機(jī)的輸入輸出口來進(jìn)行位選和片選。常用的LED數(shù)碼管一位數(shù)碼管、三位數(shù)碼管和四位數(shù)碼管；當(dāng)需要顯示更多位的數(shù)時(shí)，可以用多個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行組合。LED數(shù)碼管具有防紫外線、耐壓、耐破裂、耐高低溫、耐燃、超強(qiáng)抗沖擊老化等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)只需四位數(shù)顯示就足夠了，本設(shè)計(jì)有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是便于攜帶使用方便，而液晶顯示屏易碎不耐摔，不方便攜帶且價(jià)格相對(duì)來說較高，綜合安全和性價(jià)比等方面的考慮，本設(shè)計(jì)選擇4位的LED數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管有很多種，從其組合方式上主要分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種，這兩種在工作中并沒有太大的區(qū)別。

16、4位數(shù)碼管其實(shí)是由4個(gè)1位數(shù)碼管組合在一起而成，每個(gè)數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)分別為a、b、c、d、e、f、g排列組合成8字行，用來顯示數(shù)字09，還有一個(gè)作為小數(shù)點(diǎn)DP。當(dāng)需要顯示某個(gè)數(shù)字時(shí)，只需將其分為按8字形將其分為七段，然后選擇相應(yīng)段位的數(shù)碼管通電就可以顯示需要的數(shù)字。所有的發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰數(shù)碼管如圖2.6(a)所示；發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽，如圖2.6(b)所示。 圖2.6 (a)共陰數(shù)碼管 （b）共陽數(shù)碼管2.2.6 單片機(jī)的選擇(xunz)2.2.6.1 方案(fng n)選擇方案一：采用51系列單片機(jī)，它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作

17、的系統(tǒng)，稱作位處理器，能夠進(jìn)行位傳送，置位，清零，測(cè)試，邏輯運(yùn)算等，功能完備。51系列的另外(ln wi)一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，給編程帶來方便。 方案二：采用PIC系列單片機(jī)，它采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令流水線結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理，PIC系列單片機(jī)相對(duì)其他單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集，哈佛總線結(jié)構(gòu)，流水線取指方式，抗干擾能力強(qiáng)，高速度。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)依據(jù)單片機(jī)的選用原則，成本的考慮，本次課題選擇了適合本系統(tǒng)的51系列單片機(jī)。2.2.6.2 AT89S51功能特性概述目前市面上使用的比較普遍的51系列單片機(jī)是AT89S51。AT89S51是使用生產(chǎn)的低電壓

18、，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其主要性能參數(shù)如下：(a) 32個(gè)可編程IO口線(b) 6個(gè)中斷源(c) 2個(gè)16位定時(shí)(dn sh)計(jì)數(shù)器(d) 三級(jí)加密(ji m)程序存儲(chǔ)器(e)全靜態(tài)(jngti)操作：0Hz24MHz(f) 低功耗空閑和掉電模式(g) 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 圖2.8 STC89C52的引腳排列圖第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 主控制模塊主控制最小系統(tǒng)電路如圖3.1所示。 圖3.1 最小系統(tǒng)(xtng)硬件(yn ji

19、n)電路總設(shè)計(jì)(shj)見附錄，通過3節(jié)1.5V電池給整個(gè)電路供電，電路中用到4個(gè)按鍵，一個(gè)是設(shè)定鍵, 一個(gè)加鍵，一個(gè)減鍵和一個(gè)復(fù)位鍵，通過按鍵設(shè)置最小報(bào)警距離，此電路帶有斷電保護(hù)功能，即使突然斷電也會(huì)保持原有的設(shè)置，當(dāng)復(fù)位鍵按下時(shí)默認(rèn)設(shè)置值為50厘米；超聲波傳感器通過發(fā)射聲波遇到障礙物及時(shí)返回接受計(jì)算處理的處距離在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)發(fā)光二極管閃爍，此處通過聲音和燈報(bào)警實(shí)現(xiàn)雙重保險(xiǎn)；其中D1為電源工作指示燈，D2為小于設(shè)定值報(bào)警指示燈；外接口J1為主控芯片的程序下載口。單片機(jī)AT89S51的P1口是一個(gè)8位雙向I/O口，內(nèi)部自帶上拉電阻；而P1口只有通用

20、I/O接口一種功能；另外P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載；在使用時(shí)通?？梢圆煌饨由侠娮杈湍軌蝌?qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作；其P1.0P1.6分別接數(shù)碼管的管腳A-G作為4位共陽數(shù)碼管的斷碼選擇控制端，端口P1.7連接數(shù)碼管的DP口作為數(shù)碼管顯示的小數(shù)點(diǎn)選擇端口。P3口類似于P1口是一個(gè)8位雙向I/O口并且內(nèi)部自帶上拉電阻；P3口同樣能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載；不同于P1口的是這8個(gè)引腳還有其特有的的第二功能。P3口的第二功能如表3.1所示。本實(shí)驗(yàn)中P3.4-P3.7接PNP三極管S8550三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的1H-4H作為片選端；單片機(jī)AT89S51的P3.2端口連接超聲波模塊的TRIG口用來輸出超聲波模塊

21、發(fā)射電路所需要的40kHz的方波信號(hào)，其P3.3端口連接超聲波模塊的Echo口用來讀取超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入口（RXD）P3.1串行通訊輸出口（TXD）P3.2外部中斷0請(qǐng)求輸入端（ INT0）P3.3外部中斷1請(qǐng)求輸入端（INT1）P3.4定時(shí)器0輸入端(T0P3.5定時(shí)器1輸入端(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端（/WR）P3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端（/RD） 表3.1 P3口第二(d r)功能表3.2 電源(dinyun)接口(ji ku)電路 電源選擇3節(jié)1.5V電池供電，接口電路如圖3.2所示。圖 3.2 電源接口電路

22、3.3 超聲波測(cè)試模塊3.3.1 超聲波發(fā)射模塊超聲波模塊通過端口Trig從單片機(jī)AT89S51獲得40K赫茲的方波信號(hào)通過單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX323由超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去；可是單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波信號(hào)需要進(jìn)行放大才能由超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去，所以本設(shè)計(jì)選用MAX323芯片進(jìn)行信號(hào)放大，再由超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)為機(jī)械波發(fā)射出去而構(gòu)成一個(gè)完整的超聲波發(fā)射電路。如圖3.3所示。圖3.3 超聲波發(fā)射(fsh)電路3.3.2 超聲波接收(jishu)電路由于超聲波在空氣中的傳播過程是不斷衰減的，也就是說超聲波發(fā)射模塊發(fā)射出的機(jī)械波在傳播的過程中會(huì)越來越弱，且當(dāng)傳播

23、的距離越遠(yuǎn)時(shí)衰減得就越厲害，所以一般情況下超聲波接收電路所接收的超聲波信號(hào)都是比較薄弱的，所以需要將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，本設(shè)計(jì)中選用放大器TL074將超聲波接收探頭(tn tu)所接受到的信號(hào)進(jìn)行放大。如下圖3.4所示。圖3.4 超聲波接收電路3.3.3 測(cè)距分析由一個(gè)發(fā)射電路和接收電路共同構(gòu)成超聲波傳感器，對(duì)于超聲波發(fā)射探頭發(fā)射機(jī)械波的同時(shí)開始定時(shí)的方向上的超聲波發(fā)射器電路的時(shí)就立即返回的方式在空氣中的超聲波傳播遇到障礙時(shí)，接收器接收反射的超聲波波立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2超聲波

24、回波測(cè)距方法是檢測(cè)中最常見的方法中，超聲波發(fā)射(fsh)器發(fā)射超聲波到一定的方向，而在傳輸計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)時(shí)，在空氣中的超聲波的傳播，在途中到阻擋遇到的障礙立即反射回表面，超聲波接收器接收超聲波反射回和基于定時(shí)器的記錄時(shí)間停止定時(shí)為t時(shí)，在空氣中的超聲波傳播速度340米/秒，由此發(fā)射機(jī)能夠從間距s的障礙物表面的計(jì)算即：s=340t/2。 因?yàn)槌暡ǖ谋举|(zhì)依舊是聲波，其速度V和溫度T。在使用中，如果傳輸介質(zhì)是非法的溫度變化，該過程可以是類似于在超聲波傳播速度基本上是恒定(hngdng)的。高精度距離測(cè)量，溫度補(bǔ)償方法應(yīng)該是通過測(cè)量結(jié)果的數(shù)值修正。確定聲音的速度后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得

25、距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖3.5所示： 超聲波發(fā)射(fsh) 障礙物 S H 超聲波接收?qǐng)D3.5 超聲波的測(cè)距原理 （3- 1） （3-2）式中:L兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 3-3)式中:v超聲波在介質(zhì)(jizh)中的傳播速度; t超聲波從發(fā)射(fsh)到接收所需要的時(shí)間.將（32）、（33）代入（3-1）中得： ( 3-4)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)(y )常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則(34)變?yōu)? ( 3-5) 所以,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測(cè)量的距離

26、H.3.4時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)AT89S51單片機(jī)內(nèi)部自帶反向放大器，其輸入和輸出端分別為引腳XTAL1和引腳XTAL2。可以用片內(nèi)振蕩器作為該反向放大器的配置?？梢圆捎檬д袷幓蛘卟捎锰沾烧袷?，兩者均可。如果采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)懸空。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期。本設(shè)計(jì)中XTAL1引腳和XTAL2引腳外接的是頻率為12 MHz的石英晶振，可以產(chǎn)生一1us的機(jī)器周期，從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。如圖3.6所示為時(shí)鐘電路。圖3.6 時(shí)鐘電路圖3.5 復(fù)位（RST）電路的設(shè)計(jì) 用到的是單片機(jī)的9號(hào)引腳，本設(shè)計(jì)中用到兩種復(fù)位

27、方法，一種是上電自動(dòng)復(fù)位，即每當(dāng)初次給電路供電時(shí)有一個(gè)復(fù)位，報(bào)警值復(fù)位為50cm；另一種是外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，即在工作構(gòu)成中當(dāng)按下復(fù)位鍵是，報(bào)警值恢復(fù)為初始值50cm，所謂的按鍵復(fù)位其實(shí)就是當(dāng)按鍵按下時(shí)給單片機(jī)的RST（9腳）一個(gè)高電平信號(hào)。圖3.7 復(fù)位(f wi)電路圖3.6 聲音報(bào)警(bo jng)電路的設(shè)計(jì) 如下圖所示，用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的P13引腳上，構(gòu)成(guchng)聲音報(bào)警電路，測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)音報(bào)警，同事發(fā)光二極管會(huì)閃爍報(bào)警，如圖3.8示為聲音和指示燈報(bào)警電路。圖3.8 聲音報(bào)警電路圖37顯示模塊數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理：在編程時(shí)，單片機(jī)通過I/

28、O口輸出段選和位選信號(hào)，首先位選信號(hào)選中其中一個(gè)數(shù)碼管，然后輸出段碼，利用人的視覺暫留的特點(diǎn)，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時(shí)一段非常短的時(shí)間后，再選中另一個(gè)數(shù)碼管，再輸出對(duì)應(yīng)的段碼，高速交替。本設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示電路如下圖3.9所示。圖3.9 數(shù)碼管電路(dinl)第四章軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件(x tn run jin)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的思路是：當(dāng)電路通電時(shí)，首先讓給P2.3端口一個(gè)低電平讓蜂鳴器響一聲來提示正式通電；然后調(diào)用測(cè)距函數(shù)，通過單片機(jī)的P3.2口輸出一個(gè)方波電信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，通過超聲波的Echo口讀取超聲波接收模塊接收到的信號(hào)得出距離障礙物的距離通過P1.7口輸

29、送給數(shù)碼管通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。單片機(jī)的P2.2腳接按鍵4作為設(shè)置鍵，當(dāng)檢測(cè)到按鍵4按下時(shí)數(shù)碼管顯示三位數(shù)（如0.51，單位是m）為要設(shè)置的報(bào)警值并判斷是否有其他按鍵按下，如果P2.1口的按鍵3按下則數(shù)碼管顯示的數(shù)減1cm，如果P2.0口的按鍵2按下則加1cm，設(shè)置完成后再按按鍵4 確認(rèn)(qurn)。在程序中定義一個(gè)變量value（初值為0），作為是否報(bào)警的判斷標(biāo)志位，當(dāng)測(cè)得的實(shí)際距離distance小于等于設(shè)定值set_d時(shí)，中間量value加1，否則保持不變，為了消除實(shí)際距離在設(shè)定距離左右變化時(shí)的干擾，當(dāng)value等于2時(shí)給P2.3扣一個(gè)低電平蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警結(jié)束時(shí)給value賦初值0等待下

30、次報(bào)警。4.2主程序完整的程序主要由數(shù)碼管段選定義、1ms延時(shí)函數(shù) 、處理距離函數(shù) 、把數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)和從單片機(jī)中讀取數(shù)據(jù)程序、獨(dú)立按鍵程序、按鍵處理顯示函數(shù)、報(bào)警函數(shù)、數(shù)碼位選和數(shù)碼顯示函數(shù)、超聲波測(cè)距程序以及定時(shí)器中斷服務(wù)程序等其他一些小程序組成。主函數(shù)(hnsh)如下：void main()beep = 0; /開機(jī)(ki j)叫一聲 delay_1ms(150);P0 = P1 = P2 = P3 = 0 xff; /初始化單片機(jī)IO口為高電平send_wave();/測(cè)距離(jl)函數(shù)smg_display();/處理距離顯示函數(shù)time_init();/定時(shí)器初始化程序init_e

31、eprom(); /開始初始化保存的數(shù)據(jù)send_wave();/測(cè)距離函數(shù)send_wave();/測(cè)距離函數(shù)while(1) if(flag_300ms = 1)flag_300ms = 0;clock_h_l(); /報(bào)警函數(shù)if(beep = 1)send_wave();/測(cè)距離函數(shù)if(menu_1 = 0)smg_display(); /處理距離顯示函數(shù)key(); /按鍵函數(shù)if(key_can 10)key_with(); /按鍵處理函數(shù)第五章總結(jié)課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)

32、，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過這次接口設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過這次模具設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了AT89S51芯片設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，以及8AT89S51芯片設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)接口的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。我們(w men)的王老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)

33、細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)(xux)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次接口(ji ku)設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 本實(shí)驗(yàn)是基于超聲波測(cè)距的智能報(bào)警系統(tǒng)的單片機(jī)技術(shù)。通過本系統(tǒng)的工作核心處理器單片機(jī)AT89S51，超聲波傳感器，它是一種新型的片被動(dòng)超聲波探頭，可以測(cè)量前面的非接觸距離的物體，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱?bào)警。該報(bào)警器的最大特點(diǎn)是使用戶操作簡(jiǎn)單，易懂，靈

34、活;且易于安裝，高智能，低誤報(bào)率。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于條件限制存在一定的誤差，如果是用于精度要求更高的場(chǎng)合一定需要加上溫度補(bǔ)償電路，可以減小很大的誤差。隨著現(xiàn)代人的快速發(fā)展，增強(qiáng)科技安全意識(shí)，我相信警報(bào)將在更廣闊的領(lǐng)域，特別是獲得在汽車和交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用有更深層次。參考文獻(xiàn)：1 李光飛，樓然苗，胡佳文等.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例(shl)指導(dǎo)M.北京(bi jn)：北京航空航天大學(xué)出版社，20042 劉文濤.單片機(jī)語言(yyn)C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)M.北京：人民郵電出版社，20013 姚建栓，于意仲 光電子技術(shù) 北京：高等教育出版社，20064 張毅剛 單片機(jī)原理及應(yīng)用 哈爾濱：高等教育出版社，2012

35、 5 梁森，歐陽三泰 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 浙江：機(jī)械工業(yè)出版社，2006附錄(fl)1：附錄(fl)2：#include #include #include eepom52.h#define uchar unsigned char #define uint unsigned int/數(shù)碼管段選定義(dngy) 0 1 2 3 4 56 7 8 9uchar code smg_du=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90, 0 x88,0 x83,0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 xff; /斷碼/

36、數(shù)碼管位選定義(dngy)uchar code smg_we=0 xe0,0 xd0,0 xb0,0 x70;uchar dis_smg8 =0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8;sbit smg_we1 = P34; /數(shù)碼管位選定義sbit smg_we2 = P35;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;sbit c_send = P32;/超聲波發(fā)射sbit c_recive = P33;/超聲波接收uchar flag_hc_value; /超聲波中間變量sbit beep = P23;

37、/蜂鳴器IO口定義bit flag_key_b_en,flag_key_set_en; /按鍵蜂鳴器使能uchar smg_i = 3; /顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)bit flag_300ms ;bit key_500ms ;long distance; /距離uint set_d; /距離bit flag_csb_juli; /超聲波超出量程uint flag_time0; /用來保存定時(shí)器0的時(shí)候的/ 按鍵(n jin)的IO變量的定義uchar key_can; /按鍵(n jin)值的變量uchar zd_break_en,zd_break_value; /自動(dòng)(zdng)退出設(shè)置界面uch

38、ar menu_shudu = 10; /用來控制連加的速度bit flag_lj_en; /按鍵連加使能bit flag_lj_3_en; /按鍵連3次連加后使能 加的數(shù)就越大了 uchar key_time,flag_value; /用做連加的中間變量uchar menu_1; /菜單設(shè)計(jì)的變量uchar a_a;/*1ms延時(shí)函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j120;j+);/*處理距離函數(shù)*/void smg_display()dis_smg0 = smg_dudistance % 10;dis_smg1

39、 = smg_dudistance / 10 % 10;dis_smg2 = smg_dudistance / 100 % 10 & 0 x7f;/*把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eepom中*/void write_eepom()SectorErase(0 x2000);byte_write(0 x2000, set_d % 256);byte_write(0 x2001, set_d / 256);byte_write(0 x2058, a_a);/*把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eepom中讀出來*/void read_eepom()set_d = byte_read(0 x2001);set_d = 5)

40、key_value = 0;key_new = 1;flag_lj_en = 0;/關(guān)閉連加使能flag_lj_3_en = 0;/關(guān)閉3秒后使能flag_value = 0;/清零key_time = 0;write_eepom();else if(P2 & 0 x07) != 0 x07)key_value +; /按鍵按下的時(shí)候else key_value = 0;if(key_value = 5)key_value = 0;key_new = 0;flag_lj_en = 1; /連加使能zd_break_en = 1; /自動(dòng)(zdng)退出設(shè)置界使能zd_break_value =

41、 0; /自動(dòng)退出設(shè)置界變量(binling)清零flag_key_b_en = 1; /按鍵(n jin)蜂鳴器使能key_can = 20;if(key_500ms = 1)/連加key_500ms = 0;key_new = 0;key_old = 1;zd_break_value = 0;if(key_new = 0) & (key_old = 1)switch(P2 & 0 x07)case 0 x06: key_can = 3; break; /得到k2鍵值case 0 x05: key_can = 2; break; /得到k3鍵值case 0 x03: key_can = 1;

42、 break; /得到k4鍵值/dis_smg3 = smg_dukey_can % 10; key_old = key_new; void smg_we_switch(uchar i)switch(i)case 0: smg_we1 = 0; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 1: smg_we1 = 1; smg_we2 = 0; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 2: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 0; smg_we4 = 1; break;

43、case 3: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 0; break;/*數(shù)碼(shm)顯示函數(shù)*/void display()static uchar i; i+;if(i = smg_i)i = 0;/P1 = 0 xff; /段選 /P3 = 0 xf0 | (P3 & 0 x0f); /位選/P3 = smg_wei | (P3 & 0 x0f); /位選smg_we_switch(i);P1 = dis_smgi; /段選 void delay()_nop_(); /執(zhí)行一條_nop_()指令(zhlng)就是1us_no

44、p_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*超聲波測(cè)距程序(chngx)*/void send_wave()c_send = 1; /10us的高電平觸發(fā) delay();c_send = 0; TH0 = 0; /給定時(shí)器0清零TL0 = 0;TR0 = 0; /關(guān)定時(shí)器0定時(shí)flag_hc_value = 0;while(!c_recive); /當(dāng)c_recive為零時(shí)(ln sh)等待TR0=1;while(c_recive) /當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)(j sh)并等待flag_time0 = TH0 * 256 + T

45、L0;if(flag_hc_value 1) | (flag_time0 65000) /當(dāng)超聲波超過(chogu)測(cè)量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888TR0 = 0;flag_csb_juli = 2;distance = 888;flag_hc_value = 0;break ;else flag_csb_juli = 1;if(flag_csb_juli = 1)TR0=0; /關(guān)定時(shí)器0定時(shí)distance = TH0; /讀出定時(shí)器0的時(shí)間distance = distance * 256 + TL0;distance +=( flag_hc_value * 65536);/算出超聲波測(cè)距的時(shí)

46、間 得到單位是msdistance *= 0.017; / 0.017 = 340M / 2 = 170M = 0.017M 算出來是米if(distance 350) /距離 = 速度 * 時(shí)間distance = 888; /如果大于3.8m就超出超聲波的量程 /*定時(shí)器0、定時(shí)器1初始化*/void time_init() EA = 1; /開總中斷TMOD = 0X11; /定時(shí)器0、定時(shí)器1工作(gngzu)方式1ET0 = 1; /開定時(shí)器0中斷(zhngdun) TR0 = 1; /允許(ynx)定時(shí)器0定時(shí)ET1 = 1; /開定時(shí)器1中斷 TR1 = 1; /允許定時(shí)器1定時(shí)

47、/*按鍵處理數(shù)碼管顯示函數(shù)*/void key_with()if(key_can = 1)menu_1 +;if(menu_1 = 2)menu_1 = 0;if(menu_1 = 0)menu_shudu = 20;dis_smg0 = smg_dudistance % 10; dis_smg1 = smg_dudistance / 10 % 10 ; dis_smg2 = smg_dudistance / 100 % 10 & 0 x7f; smg_i = 3;if(menu_1 = 1)menu_shudu = 1;dis_smg0 = smg_duset_d % 10; dis_smg1 = smg_duset_d / 10 % 10; dis_smg2 = smg_duset_d / 100 % 10 & 0 x7f ; dis_smg3 = 0 x88;smg_i = 4;if(menu_1 = 1)/設(shè)置高溫報(bào)警if(flag_lj