超聲波測距實(shí)驗(yàn)報告

電子信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報告超聲波測距儀PAGEPAGE5目錄摘要 3第一章 緒論 設(shè)計(jì)要求 理論基礎(chǔ) 系統(tǒng)概述 第二章 方案論證 4系統(tǒng)控制模塊 5距離測量模塊 5溫度測量模塊 5實(shí)時顯示模塊 5蜂鳴報警模塊 6第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 6超聲波收發(fā)電路 6溫度測量電路 7顯示電路 8蜂鳴器報警電路 9第四章 軟件設(shè)計(jì) 10第五章 調(diào)試過程中遇到的問題及解決 11畫PCB及制作 11焊接問題及解決 11軟件調(diào)試 11實(shí)驗(yàn)總結(jié) 13附件 14元器件清單 14HC-SR04超聲波測距模塊說明書 15電路原理圖 17PCB圖 17程序 18摘要該系統(tǒng)是一個以單片機(jī)技術(shù)為核心,實(shí)現(xiàn)實(shí)時測量并顯示距離的超聲波測距系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由超聲波收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償電路、LED顯示電路、CPU蜂鳴器報警電路等5部分組成。系統(tǒng)測量距離的原理是先通過單片機(jī)發(fā)出40KHz關(guān)鍵詞：超聲波測距溫度測量單片機(jī)LED數(shù)碼管顯示蜂鳴報警第一章緒論設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個超聲波測距儀，實(shí)現(xiàn)以下功能：測量距離要求不低于2米；測量精度±1cm；（3）超限蜂鳴器或語音報警。理論基礎(chǔ)一、超聲波傳感器基礎(chǔ)知識換，并利用波的特性，實(shí)現(xiàn)對各種參量的測量。超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)，與環(huán)境條件也有關(guān)：在氣體中超聲波的傳播速度與氣體種類壓力及溫度有關(guān)在空氣中傳播度為C=331.5+0.607t/0C(m/s) 式中，t為環(huán)境溫度，單位為0C.二、壓電式超聲波發(fā)生器原理三、超聲波測距原理由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在空氣中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。Ct算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=Ct/2。從上面超聲波特性可以知道：超聲波在空氣中的傳播速度與溫度有關(guān)：C=331.5+0.607t/0C(m/s)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，典型的環(huán)境溫度與超聲波的傳播速度的關(guān)系為：溫度（℃） -30-20-100102030100（米/稱）313319325323338344349386系統(tǒng)概述LCD40kHz2～250cm?？蓽y量溫度范圍為-30～150°C。離越遠(yuǎn)，采樣越慢。收發(fā)模塊收發(fā)模塊LED顯示系統(tǒng)掃描驅(qū)動溫度檢測電路蜂鳴器報警電路圖一系統(tǒng)框圖第二章 方案論證系統(tǒng)控制模塊STC89C52C燒寫程序容易，這大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。而且STC89C52有2個獨(dú)立的定足夠，還可外拓功能（如進(jìn)行報警器的接入）。距離測量模塊多，可行性很高。HC-SR04）溫度測量模塊方案一：采用熱敏電阻。熱敏電阻體積小，使用方便，但是精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。在溫度測量系統(tǒng)中，采用單片溫度傳感器，比如AD590，LM35、TMP75等。但這些芯片輸出的都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī)，這樣就使得測溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。DS18B20-55——+125固有測溫分辨率是0.5攝氏度。輸出信號全數(shù)字化，便于單片機(jī)處理及控制，省經(jīng)過以上比較，決定采用方案二。實(shí)時顯示模塊方案一：使用液晶顯示屏顯示。液晶顯示屏而液晶顯示占用的控制資源較多，切對外界環(huán)境要求高，不宜維護(hù)。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的特點(diǎn)：低能耗、低損耗、壽命長，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)，同時其精度比較高，稱量快，操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。根據(jù)以上的論述，采用方案二。蜂鳴報警模塊ISD1420,WT588D分完全由單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)，使得設(shè)計(jì)變得更加簡單，成本也更加低了。根據(jù)上面的論述，擬定采取方案二。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)量電路，顯示電路等。以下是各個模塊具體內(nèi)容。超聲波收發(fā)電路HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信呈；模塊自動發(fā)送8個40KHZ的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。圖二 HC-SR04模塊電氣參數(shù)6本系統(tǒng)中超聲波的收發(fā)用單片機(jī)的P1.0、P1.1口控制，如圖：溫度測量電路DS18B20，DS18B20DALLAS感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與其它溫度傳感器相比，DS1820DS1820DS1820DS1820多點(diǎn)測溫。DS1820（4）溫范圍－55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。（5）9DS18B20圖三DS18B207DS18B201。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其211101，112021圖四DS18B20本系統(tǒng)中溫度模塊用單片機(jī)的P3.6口控制，如圖：顯示電路數(shù)碼管是一類價格便宜使用簡單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使的器件。7極管電極的連接方式分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管兩種。8COM8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dpI/OCOM1~2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的I/O4P2.0，P2.1，P2.2，P2.3蜂鳴器報警電路S85509第四章 軟件設(shè)計(jì)C數(shù)的調(diào)用和函數(shù)嵌套，使得程序清晰簡潔，卻可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法。程序流程圖如下：開始系統(tǒng)初始化發(fā)送超聲波溫度檢測和補(bǔ)償計(jì)算距離顯示溫度顯示距離10

報警判斷PAGEPAGE14EA0.1ms0一旦檢測到返回信號，立即進(jìn)入中斷程序，結(jié)束記時，并保存時間，進(jìn)行計(jì)算、編碼，與發(fā)送編碼比較，若不符則重發(fā)；若小于報警距離則發(fā)出警報。若沒有檢第五章 調(diào)試過程中遇到的問題及解決PCB及制作PCBPCBAltiumDesigner，載了相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和教學(xué)視頻，自己初步繪制了電路原理圖。PCBPCB焊接問題及解決LEDPNPNPNPCBPNPPNPNPN果不影響。這樣就避免了我們再次制板，節(jié)省了時間，降低了成本。軟件調(diào)試題。最典型的是以下幾個：【解決辦法】我們采用軟硬件分開調(diào)試的辦法。用學(xué)習(xí)板在我們的單片機(jī)中重新載入了一個測試程序，裝進(jìn)模塊后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管可以正常顯示，由此確定電路和焊接是正確的，問題肯定出在程序上。于是我們仔細(xì)檢查了程序，發(fā)現(xiàn)由于疏忽，我們把顯示端口寫錯了。經(jīng)過修改，數(shù)碼管得以正確顯示。距離誤差較大?！窘鉀Q辦法】我們將程序中進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)某绦蚨未a，直接修改為我們常用的聲速340m/s,保留了溫度轉(zhuǎn)換的功能，但是并不真正根據(jù)實(shí)時的溫度計(jì)算距離，改過以后測量的準(zhǔn)確度大大提高。距離和溫度顯示時，最高位數(shù)碼管的值出現(xiàn)亂碼。【解決辦法】在設(shè)計(jì)電路時，我們用了七段四位數(shù)碼管，并且把它的四個位全部接進(jìn)了電路。但是實(shí)際顯示時，我們最多只需要三位，所以我們采用把溫度和距離顯示函數(shù)中的最高位給零的辦法，避免了亂碼的閃爍和跳動。溫度（℃）實(shí)距溫度（℃）實(shí)距（cm)123均值誤差—0.310101010101011115101520304050100--151929415099--151930415098--142030405099--14.719.329.740.75098.3報警報警—0.7—0.30.70—1.7溫度1110101010101111（℃）實(shí)距120140160180190200宿舍高宿舍長（cm)1121141160179192198304494測距2121142161179192200304494測距3120140161180192200304494均值120.7141160.7179.3192199.3304494誤差+0.7+1.0+0.7—0.7+2.0+0.700實(shí)驗(yàn)總結(jié)本系統(tǒng)以AT85S52單片機(jī)為核心，利用傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，顯示技術(shù)等并配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了測距、溫度和距離的實(shí)時顯示、報警等功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)C語言，反復(fù)檢查程序并加以修正。不僅增長了很多知識，更積累是心有余而力不足。導(dǎo)作用。附件元器件清單芯片類：STC89C52單片機(jī)超聲波收發(fā)模塊LED74DS18B20溫度芯片蜂鳴器器件類：晶振：12MHZ電阻：510Ω 8只4.7kΩ 6只10kΩ 1只瓷片電容：20pF 2只電解電容：4.7μF 1只三極管：8550（PNP）5按鍵：1個HC-SR04超聲波測距模塊說明書1516電路原理圖PCB圖17PAGEPAGE23程序#include<AT89x52.H> 器件配置文件#include<intrins.h> //_nop_()的頭文件#define TX P1_0 //HC-SR04發(fā)射端#define RX P1_1 //HC-SR04接收端#definewendu P3_6 //溫度sbitS1=P2^0; //S1P2.0sbitS2=P2^1;sbitS3=P2^2;sbitS4=P2^3;sbitBEEP=P2^6; //定義蜂鳴器控制口dr/9unsignedcharposition[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //dataunsignedchartempl,temph;char idata number[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于存放溫度值unsignedchardistance[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于存放距離unsignedint time=0;unsignedlongS=0,speed=0;bitflag=0;voiddelayms(unsignedintms) //ms延時{unsignedchari=100,j;for(;ms;ms--){while(--i) //1ms{j=10;while(--j);}}}voiddelay(intj) //us延時函數(shù){inti;for(i=0;i<j;)i++;}voidDisplay(void) //距離顯示函數(shù){intj;for(j=0;j<250;j++) //250*4=1ms{chark;for(k=0;k<4;k++) //從高到低位顯示距離{P2=position[k];delay(90);P2=0xff; //清除}}}voidrest_ds18b20(void)//DS18B20復(fù)位函數(shù){charpre=1;while(pre){while(pre){wendu=1;_nop_();_nop_();wendu=0;delay(50);wendu=1;delay(6);pre=wendu;}delay(45);pre=~wendu;}wendu=1;}voidw_1byte_ds18b20(unsignedcharvalue)//向DS18B20寫一字節(jié)的數(shù)據(jù){unsignedchari=0;for(i=0;i<8;i++){wendu=1;_nop_();_nop_();wendu=value&0x01; //最低位移出delay(6);value>>=1;}wendu=1;}unsignedcharr_1byte_ds18b20(void)//讀一個字節(jié){unsignedchari=0;unsignedcharvalue=0;for(i=0;i<8;i++){wendu=0;wendu=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(wendu==1)value|=0x80; //value=value|0x80;delay(6);}wendu=1;returnvalue;}readtemp_ds18b20()//讀取溫度{unsignedcharn=0;rest_ds18b20(); //w_1byte_ds18b20(0xcc);//跳過讀序列號的操作w_1byte_ds18b20(0x44);//啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(6);rest_ds18b20();w_1byte_ds18b20(0xcc);//跳過讀序列號的操作w_1byte_ds18b20(0xbe);//讀取溫度寄存器templ=r_1byte_ds18b20();//溫度低8位temph=r_1byte_ds18b20();//溫度高8位if(temph>127) 1時，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值{temph=256-temph;templ=256-templ;n=1;}number[4]=(((templ&0xf0)>>4)|((temph&0x0f)<<4)); //16位speed=(number[4]*3/5+331+20)/100;number[2]=number[4]/100;number[4]=number[4]%100;number[1]=number[4]/10;number[0]=number[4]%10;number[3]=0;if(n){number[3]=0x0a;} //}wendu_display(void)//溫度顯示函數(shù){ intj;P0=0xff;P1=0xff;rest_ds18b20(); //w_1byte_ds18b20(0xcc);w_1byte_ds18b20(0x44);readtemp_ds18b20();for(j=0;j<250;j++){chark;for(k=0;k<4;k++){P2=position[k];delay(90);P2=0xff;}}}voidBeep() //1s{unsignedchari;for(i=0;i<1000;i++){BEEP=1;delay(500);BEEP=0;d