智能超聲波測距儀項目設計1

智能超聲波測距儀項目設計1智能超聲波測距儀項目設計1智能超聲波測距儀項目設計1智能超聲波測距儀項目設計1編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:學士學位論文（設計）智能超聲波測距儀設計姓名：徐樂學號：14學院：工學院專業(yè)/屆別：電子信息科學與技術專業(yè)/2013屆指導教師：白龍職稱：講師表1牡丹江師范學院學士學位論文（設計）選題論證報告姓名徐樂專業(yè)/年級電子信息科學與技術/2009題目智能超聲波測距儀設計選題的目的和意義隨著現(xiàn)代信息技術的廣泛普及，對信息資源和信息活動的有效管理及利用日益成為提高各種工作效率的重要手段。對該系統(tǒng)進行的實驗,驗證了本文提出的方法的正確性和有效性,并能夠達到較高的測量精度。本設計的超聲波測距儀,在實際測量中,能達到很高的使用精度,實現(xiàn)了非接觸、低功耗、免維護、性價比高等特點,是一款有很好市場前景的智能式測距儀。研究內(nèi)容與方法主要研究內(nèi)容：本設計采用以STC8952單片機為核心的低成本、微型化液晶顯示和語音播報超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。整個電路采用模塊化設計，主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序的模塊組成。分析方法:分析實踐法:根據(jù)文獻資料了解研究對象，分析整個系統(tǒng)的需求，科學進行實踐配置。數(shù)據(jù)辯證法:通過實際操作,記錄運行過程中的錯誤,進行研究辯證。研究進度安排1、選擇論文題目：2012年10月；2、確定論文提綱，查閱資料：2012年11月—2012年12月；3、形成初稿：2012年12月—2013年2月；4、形成修訂稿：2013年2月—2013年3月；5、形成論文定稿：2013年4月。指導教師意見：指導教師（簽名）：年月日開題報告專家論證意見：專家組長（簽名）：年月日摘要本設計采用以STC8952單片機為核心的低成本、微型化液晶顯示和語音播報超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。整個電路采用模塊化設計，主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序的模塊組成。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎上設計了系統(tǒng)的總體的方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。相關部分附有硬件電路、程序流程圖。關鍵詞：stc8925；微型化液晶顯示；語音播報超聲波；設計AbstractThisdesignadoptstheSTC8952single-chipmicrocomputerasthecoreoflowcost,miniaturization,liquidcrystaldisplayandspeechbroadcasthardwarecircuitandsoftwaredesignmethodofultrasonicrangefinder.ThewholecircuitUSESmodulardesign,themainprogram,thepresetsubroutine,launchsubroutines,receivesubroutineanddisplaysubroutinemodules.TheprobesignalbySCMcomprehensiveanalysisprocessing,realizethefunctionsofultrasonicrangefinder.Onthebasisoftheoverallschemeofthesystemisdesigned,finally,realizedthefunctionofhardwareandsoftwaremodules.Relevantpartswithhardwarecircuit,programflowchart.Keywords:stc8925；MiniaturizationLCDdisplay;Speechultrasound;design目錄TOC\o"1-3"\p""\h\z\u1引言 12.設計要求、內(nèi)容及組織形式 2設計要求 2設計內(nèi)容 2工作原理 2組織形式 4設計軟、硬件方案 43超聲波的發(fā)射電路及電路原理 5發(fā)射電路 5顯示電路原理 5超聲波監(jiān)測接收電路 6語音轉(zhuǎn)換輸出電路 74軟件結(jié)構(gòu)設計及源代碼 8軟件流程圖 8程序源代碼 85.設計進度安排 236.總結(jié) 24參考文獻 251引言利用STC89C52單片機實現(xiàn)超聲波測距。通過超聲波放射裝置發(fā)射超聲波遇物體反射回來再由接收裝置接收處理。利用聲波在空氣中的傳輸速度和整個收發(fā)延時計算出距離。為了滿足智能化、無接觸距離測量要求,自主研制了一種性價比高、體積小的智能超聲波測距儀,該測距儀以STC89C52單片機為控制核心,本文給出其具體實現(xiàn)方案。本文設計的一種超聲波測距儀,其最大特點是測量的液面與感應元件之間非接觸。超聲波是指頻率大于20KHz,并且能夠在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性機械波,超聲波方向性較好,經(jīng)過專門設計可定向的發(fā)射,遇到界面時將發(fā)生反射、折射以及波形的改變,超聲波在空氣中的傳播速度為334m/s(常溫下)。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時,這些好的物理特性進行設計,使得超聲波在測距中的靈活性、精確度大幅提高。2.設計要求、內(nèi)容及組織形式設計要求（1）學會焊接單片機系統(tǒng)板和驅(qū)動板并且連接驅(qū)動板與系統(tǒng)板間的連線。（2）用超聲波測離障礙物的距離，經(jīng)過單片機處理判斷是否是安全范圍根據(jù)距離的長短分為安全、注意、危險。（3）每采集一次信號LED燈閃爍一次表示采集成功。（4）把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機處理用12864液晶顯示器顯示出來，和語音模塊處理用耳機輸出提示距離情況。設計內(nèi)容本文所設計的超聲波測距儀主要由AT89C52單片機、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、顯示電路、語音播報電路。首先由單片機驅(qū)動產(chǎn)生晶振，由超聲破發(fā)射探頭發(fā)送出去，在遇到障礙物反射回來時由超聲破接收探頭檢測到信號，然后經(jīng)過濾波、放大、整形之后送入單片機進行計算，把計算結(jié)果輸出到液晶顯示屏上。工作原理聲波在介質(zhì)中傳播被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體擋住時即會發(fā)生反射;反射波被稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是提前知道的,而且聲波從聲音的發(fā)生源到達目標,而返回聲源的時間可以通過測量得到,那么就可以計算出從聲波到目標地距離。這就是本設計的測量原理,見式（2-1）:L=?vt(2-1)上式中,L為待測距離,v(m/s)為超聲波在空氣中的速度,t為往返時間。由于超聲波在空氣中的傳播速度與溫度T(單位:攝氏度)有如下關系，見式（2-2）v=+(2-2)在平常溫度下,溫度每當變化1攝氏度,超聲波的速度變化s。所以可以通過測溫電路測量出當前溫度,計算出超聲波在當前溫度下的傳輸速度。通常聲速隨溫度的變化會比較大,因此產(chǎn)生的測量誤差也會比較大,所以若是所在環(huán)境中溫度變化較大的環(huán)境下進行測量時,需要考慮聲速補償?shù)貑栴}。時間t可以通過脈沖計數(shù)的方法間接測量,相當于將時間轉(zhuǎn)化為對計數(shù)脈沖個數(shù)N的測量,假設計數(shù)脈沖的頻率為f,則公式(1)可寫成見式（2-3）L=Nv?f(2-3)電路原理圖如圖2-1所示：圖2-1超聲波測距驅(qū)動板原理組織形式2.4.1設計軟、硬件方案（1)硬件結(jié)構(gòu)設計首先單片機發(fā)出振蕩頻率再整形再由超聲波發(fā)射器發(fā)出出超聲波經(jīng)物體反射回來。接收器接收超聲波信號再放大整形傳入門控電路。單片機處理再顯示輸出。硬件結(jié)構(gòu)設計圖如圖2-2所示：圖2-2硬件結(jié)構(gòu)設計圖3超聲波的發(fā)射電路及電路原理發(fā)射電路超聲波的發(fā)射電路原理圖如下所示。發(fā)生電路主要是由反相器74HC04和超聲波的換能器T構(gòu)成，單片機端口輸出40KHZ方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級的反相器后送到超聲波換能的另一個電極。通過這種推挽形式將方波的信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端則采用兩個反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力的上拉電阻R1、R2一方面則可以提高反相器74HC04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以加強超聲波換能的阻尼效果縮短振蕩的時間。超聲波發(fā)射的電路如圖3-1所示：圖3-1超聲波發(fā)射電路顯示電路原理通過單片機的——、RST、——、X1、X2、GND與跳線帽連接控制液晶顯示器的顯示。12864液晶顯示器可顯示32個漢字或64個字母可滿足要求輸出的內(nèi)容。顯示電路的原理圖如圖3-2所示：圖3-2顯示電路原理圖3.2.1超聲波監(jiān)測接收電路集成電路CX20103A是一種紅外線檢波接收的專用芯片，常用在電視紅外遙控接收器上。本設計利用它制作超聲波接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和較高的抗干擾能力。超聲波監(jiān)測接收電路如圖3-3所示：圖3-3超聲波監(jiān)測接收電路3.2.2語音轉(zhuǎn)換輸出電路由單片機引腳為語音芯片WT558D-16提供數(shù)據(jù)再經(jīng)過處理輸出音頻信號。語音轉(zhuǎn)換輸出電路如圖3-4所示：圖3-4語音轉(zhuǎn)換輸出電路圖4軟件結(jié)構(gòu)設計及源代碼軟件流程圖軟件流程圖如圖4-1所示：圖4-1軟件流程圖程序源代碼程序源代碼如下：/***************************************函數(shù)名：floatDistance_count()功能：距離計算函數(shù)****************************************/floatDistance_count(){ floattemp; temp=high_time*256+low_time; temp=(temp*10/9216)/2; temp*=speed; returntemp;}/***************************************函數(shù)名：voidtran()，voidtran1()，voidtran2()功能：超聲波的發(fā)射****************************************/voidtran(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=4;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(ulong)distance; flag=0; } elsedis=0;}voidtran1(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=8;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0;} elsedis=0;}voidtran2(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=16;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(40); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0; } elsedis=0;}/***************************************函數(shù)名：voiddis_all(ulongdis_s)功能：控制LED指示燈和語音播報****************************************/voiddis_all(ulongdis_s){ show(dis_s); if(dis_s>2000) { show_one(DIS4,2); if(flag_2!=1) { send_oneline(12);0c計進度安排第一階段主要是對通用單片機系統(tǒng)基礎板及驅(qū)動板有所了解與認識。第二階段對系統(tǒng)集成板及驅(qū)動板進行焊接。第三階段完成軟、硬件設計方案，完成智能超聲波測距課程設計。第四階段對完成智能超聲波測距課程設計進行測試及調(diào)試。第五階段對智能超聲波測距系統(tǒng)課程設計進行答辯6.總結(jié)本次設計使我學會了單片機的一些實際應用實例。我們廣泛借鑒了各種實際的優(yōu)點，充分考慮了整個設計中的各個環(huán)節(jié)。包括產(chǎn)生40KHZ的方波，在接收電路中，對所接收方波進行濾波、放大、整形等步驟。在我們?yōu)槠谝恢艿脑O計中，我們用到了以前學到的很多知識，比如電工、單片機、和C語言等。這使我意到，任何一件產(chǎn)品的產(chǎn)生，都不是單一知識所能實現(xiàn)的。而且在電路板焊接過程中，出現(xiàn)一些意想不到的錯誤，這讓我措手不及，有些其實很容易避免。但這讓我受益匪淺?？傊?，在本課題的設計過程中走了很多彎路，但還是學到了不少知識。了解了超聲波傳感器的原理，學會了電路板焊接技能、和各種電路的設計與分析。動手能力與自學能力得到了鍛煉與提高。理論總是不開實踐的，設計制作過程中，盲目的追求理論知識根本不足以解決任何問題，一味的死研究課本是不會真正掌握單片機的。只有實際去真正動手做才能發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，提高自身能力。參考文獻[1]黃智偉、王彥等。全國大學生電子設計競賽訓練教程。北京：電子工業(yè)出版社，2005年[2]楊素行。模擬電子技術基礎簡明教程。北京：高等教育出版社，2001年[3]張友德、趙志英、涂時亮。單片機微型機原理應用與實驗（第三版）。上海：復旦大學出版社，1990年[4]全國大學生電子設計競賽組委會。第五屆全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編（2001）。北京：北京理工大學出版社，2003年[5]劉海成等。MCU-DSP型單片機原理與應用-基于凌陽位單片機。北京：北京航天航空大學出版社，[6].童峰，許水源，許天增，一種高精度超聲波測距處理方法，廈門大學學報1998年第4期[7]李忠杰，數(shù)字式超聲波位移測量儀的研究，《儀器儀表與裝置》，1999年第三期[8]林理忠，宋敏.微弱信號檢測學導論，北京:中國計量出版社，1996年[9]閻福旺，凌青，李經(jīng)德.現(xiàn)代聲納技術.海洋出版社，1998年[10]RangwalaS,DornfeldDA.SensorIntegrationUsingNeuralNetworksforIntelligentToolConditionMonitoring.TransofASME,JournalofEngineeringforIndustry.1990.112(8:219～228)[11]DimlaDE,ListerJRPM,LeightonNJ.Networksolutionstothetoolconditioinmonitoringprobleminmetalcutting-Acriticalreview