超聲波測距儀設(shè)計實訓報告

超聲波測高儀設(shè)計實訓報告名 號（系）專業(yè)、年級 2014年1月10日摘要超聲波指向性強,能量消耗緩慢,在介質(zhì)中傳播的距離較遠,因此超聲波經(jīng)常用于障礙物的距離測量。由于超聲波可做到無接觸檢測距離,這一特性用在人體或其它物體高度的測量上會變得非常方便。測高前先利用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機,然后將被測物移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2,用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。本設(shè)計采用以AT89C51單片機為核心的低成本、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。整個電路采用模塊化設(shè)計，由主程序、中斷程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。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(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。一、超聲波測高原理超聲波是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=Ct/2,式中的C為超聲波波速。利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機,然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2，用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。!LrtFta聲波接發(fā)頭?■■■■>■■■?*Ill!LrtFta聲波接發(fā)頭?■■■■>■■■?*IllH2被測物體被測物體髙=HI寸12超聲波測高實現(xiàn)原理二、系統(tǒng)硬件設(shè)計1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計整體電路的控制核心為單片機AT89C51。超聲波發(fā)射和接收電路中都對相應(yīng)信號進行整形及放大，以保證測量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。另外還有溫度測量電路測量當時的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調(diào)整，使測量精度能夠達到要求。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較震蕩電路、單片機電路、鍵盤輸入電路、電源電路、復位電路、顯示電路、溫度測量電路及溫度補償電路等幾部分模塊組成。超聲波測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

R40超聲波傳感器T40超聲波傳感器超聲波

接收電路鍵盤

輸入R40超聲波傳感器T40超聲波傳感器超聲波

接收電路鍵盤

輸入超聲波測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2?硬件電路圖12本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用AT89S52，經(jīng)濟易用。電路原理圖如下圖所示:CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-詢567C1130pF1_4鍵S1I—H6-8 12CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-詢567C1130pF1_4鍵S1I—H6-8 12旦nr

匕3119189云16P10/TPO0P11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1INTOT1TOP20P21P22P23AT89C5EA/VP P26P27XIX2C8C9 C12 -130pF■—R13=l—上―I—fC1310“F+5VRESET RXD_ TXDRDWRALE/PSEN29三、具體實現(xiàn)操作1.實現(xiàn)步驟：（1）40kHz脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執(zhí)行下面單片機P1.0端口，單片機執(zhí)行上面的程序后，在P1.0端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經(jīng)過三極管T放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭uCM40T，發(fā)出40kHz的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200ms。（2）超聲波的接收與處理接收頭采用與發(fā)射頭配對的UCM40R，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，?jīng)運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2°IC2是帶有鎖定環(huán)的音頻譯碼集成塊LM567，內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率f0=l/l.lR8C3，電容C9決定其鎖定帶寬。調(diào)節(jié)Rpl在發(fā)射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖剑砀邤?shù)據(jù)通過8腳送至單片機進行數(shù)據(jù)處理。電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優(yōu)先級最高。

（3）計算超聲波傳播時間在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0,利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在INT0端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，利用超聲波測高前先用超聲波測出發(fā)射頭與地面的高度H1并存入單片機，然后將被測物體移入測量區(qū)內(nèi)測得上表面距離H2,用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。2.超聲波測高流程圖：2.超聲波測高流程圖：I三1=1主程序）返回定時子程序）

、主程序ORG0300H0LIMPSHGPOPACCORG0200HPOPPSWLIMPDSHRETIORG0100H中斷子程序RECEIVE0：PUSHLJMPRECEIVE1PSWORG0003HPUSHACCLJMPRECEIVE0CLREX0；關(guān)外SHG：SETBP1.3部中斷0ACALLDSHMOVR7,TH0；讀取ACALLRECEIVE1時間值A(chǔ)CALLDISPLAYMOVR6,TL0；接收子程序CLRCRECEIVE1■?MOVA,R6PUSHPSWSUBBA,#0BBH；計算時間差PUSHACCMOV70H,ACLREX0；關(guān)MOVA,R7外部中斷0SUBBA,#3CHRETURN：SETBEX0；開MOV69H,A；計算外部中斷并存儲結(jié)果SETBEX0；開外部中斷0POPACCPOPPSWRETIENDSIDBITP1.0；串行數(shù)據(jù)線SCLKBITP1.1；串行時鐘線；內(nèi)存數(shù)據(jù)定義STARTEQU80H；起始字節(jié)COMEQU81H；命令/數(shù)據(jù)HDATAEQU82H；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)高位LDATAEQU83H；命令/數(shù)據(jù)字節(jié)低位ASCEQU84H；ASCII數(shù)據(jù)單元初始化子程序：INILCM：LCALLDL40MS；延時等待內(nèi)部復位MOVCOM，#80H；使用8位控制界面LCALLWRITEMOVCOM，#80H；使用基本指令集LCALLWRITEMOVCOM，#0CHLCALLWRITE；整體顯示ONMOVDL1MSMOVCOM，#01H；清屏LCALLWRITELCALLDL40MSMOVCOM，#06H；顯示右移LCALLWRITELCALLDL1MSRET模塊寫入子程序：WRITE：MOVA,COM；送待發(fā)數(shù)據(jù)命令A(yù)MOVA，#0F0H；屏蔽低4位MOVHDATA，A；將高4位送HDATA單元MOVA，COM；取低4位SWAPA；高低4位互換MOVA，#0F0HLCALLSENDBYTEMOVLDATA，A；將低4位送LDATA單元MOVA，START；取起始字節(jié)LCALLSENDBYTE；發(fā)送LCALLDL1MS;延時1msMOVA，HD