基于單片機(jī)的多功能測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)6800字論文

基于單片機(jī)的多功能測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多功能測距系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 1一、直接量距 2二、間接量距 21.研究的意義及現(xiàn)狀 22.超聲波測距的原理 33.溫度補(bǔ)償?shù)脑?3 35.硬件設(shè)計(jì) 4 45.2時(shí)鐘模塊 45.3單片機(jī)最小系統(tǒng)部分 65.4LCD1602液晶顯示模塊 65.5超聲波傳感器 75.6語音播報(bào)模塊MY1680U-12P 96.軟件設(shè)計(jì) 7.系統(tǒng)的組裝與調(diào)試 摘要：隨著時(shí)代與科技的不斷發(fā)展，測量數(shù)據(jù)的數(shù)字化，自動(dòng)化，多功能化在當(dāng)今工業(yè)與生活領(lǐng)域顯得尤為重要。本文提出了將測距、測溫、報(bào)警、時(shí)間顯示集于一體的設(shè)計(jì)方案。本文采用STC89C52單片機(jī)、HC-SR04超聲波傳感器、DS1302時(shí)鐘芯片、LCD1602液晶顯示模塊、MY1680U-12P語音模塊搭建硬件平臺(tái)，軟件采用C語言實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)方案可行，并在實(shí)際生活領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；超聲波傳感器；測距系統(tǒng)引言隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的不斷提高，測距系統(tǒng)的智能化，集成化也離我們越來越近。測距系統(tǒng)的多功能化能對日常生活生產(chǎn)中的方方面面帶來巨大的提升。這要求一個(gè)優(yōu)秀的測距系統(tǒng)不能單單只有測量距離這么一個(gè)如此單薄無力的功能。誠然，精準(zhǔn)的測距功能是測距系統(tǒng)最核心的工作，但只有對它進(jìn)行集成化，擁有更多的豐富的功能才能更好的提升一個(gè)測距系統(tǒng)的競爭力?，F(xiàn)階段的大量智能化，集成化的測距系統(tǒng)正帶給人們更好的使用體驗(yàn)。如此看來，老舊的測距系統(tǒng)也并不能滿足人們的日常需求了。本設(shè)計(jì)就是為了測距系統(tǒng)的多功能化，解決傳統(tǒng)測距工具功能單一的問題所產(chǎn)生的。現(xiàn)階段，關(guān)于測距方面已然有了許許多多的新興發(fā)明創(chuàng)造。但是測距系統(tǒng)的構(gòu)建也不外乎為以下兩大類：一、直接量距直接量距顧名思義就是運(yùn)用刻度尺等量具直接對被測物體進(jìn)行測量，這種測量方案能直接快速的得到測量結(jié)果，但是基于現(xiàn)場的實(shí)際狀況會(huì)有各種二、間接量距間接量距的方法就有許多了，包括視距測量，電磁波測量，視差法測量等等等等。間接量距測量方法不易于上手，但是勝在測量速度快，勞動(dòng)需求低，測量精度高，效率高等。而本文將要闡述的便是基于STM89C52單片機(jī)與超聲波傳感器的間接量距方法一超聲波測距。從古至今，對于距離測量的需求都不曾減少。大到導(dǎo)彈射程、衛(wèi)星發(fā)射，小到跑步鍛煉，乘坐交通工具，都少不了一個(gè)準(zhǔn)確的距離信息。一個(gè)優(yōu)秀的測距系統(tǒng)能給人們帶來巨大的方便。目前較為普及的間接測距方式有以下幾種。一為激光測距，該測距方法精度高，測量方便，測量效率高。是大部分高精度測量的首選測量方式，但也存在著造價(jià)昂貴，對環(huán)境要求高等缺陷。二為紅外線測距，該測距方法價(jià)格低廉，功能實(shí)現(xiàn)快捷，但是同樣受外界環(huán)境影響較大，且測量距離低。三為超聲波測量，由于超聲波的特性，外界環(huán)境對其影響較小，能更好的適應(yīng)各種各樣的工作環(huán)境，適用范圍廣，并且相對于激光測距的價(jià)格相對低廉，故采用超聲波測距模塊為基礎(chǔ)來進(jìn)行多功能測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的多功能測距系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)與超聲波傳感器為基礎(chǔ)，通2.超聲波測距的原理時(shí)間為t,則目標(biāo)物體距傳感器的距離為s。原始發(fā)射波3.溫度補(bǔ)償?shù)脑砑丛诓煌@示溫度選擇不同的速度v,并將此速度代入公式，即可得到加入溫度溫度0聲速4.整體設(shè)計(jì)方案本文設(shè)計(jì)的測距系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)架構(gòu)而成。系統(tǒng)整體由認(rèn)之后需要按鍵選取最小報(bào)警距離，最小報(bào)警距離確為了提高該多功能測距系統(tǒng)的工作時(shí)間與工作效率，本設(shè)計(jì)采用5v充電寶5.2時(shí)鐘模塊三8K 1234二v單獨(dú)設(shè)置中斷查詢功能，不利于測距系統(tǒng)的簡潔化，所以本文設(shè)計(jì)采用DS1302DS1302時(shí)鐘芯片可以對年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)還具備閏年補(bǔ)償功能，能在2.5v到5v的電壓下進(jìn)行工作，是一款方便且功能完備的計(jì)時(shí)DS1302時(shí)鐘模塊有VCC1、VCC2、X1、X2、SLK、I/O、CE、GND八個(gè)引作為備用協(xié)助電源供應(yīng)使用。在VCC2供電能力不足以支撐整個(gè)時(shí)鐘模塊工作對的，在VCC2無法達(dá)到0.2v的工作電壓而VCC1達(dá)到時(shí)，DS1302系統(tǒng)會(huì)由VCC1來進(jìn)行供電，直到VCC2電壓大于0.2時(shí)，VCC2重新接管VCC1的供電功能，對時(shí)鐘模塊進(jìn)行供電。X1和X2提時(shí)鐘模塊通過CE、I/O、SCLK三個(gè)引腳與最小系統(tǒng)進(jìn)行連接。時(shí)間得顯示可以用外接LCD1602進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。CE是復(fù)位片選引腳，與單片機(jī)的p2.0引腳連接，各類的數(shù)據(jù)傳輸都要通過對CE置入高電平來實(shí)現(xiàn)的。CE輸入具有二類功第二類是CE能單方面中斷各種字節(jié)類型的數(shù)據(jù)傳輸，為系統(tǒng)安全提供保障。當(dāng)CE被指為低電平時(shí)，該次數(shù)據(jù)傳輸會(huì)被終止，無法進(jìn)行各種類型的數(shù)據(jù)交換。而當(dāng)對CE置入高電平后，系統(tǒng)會(huì)同意各類準(zhǔn)備進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸塊進(jìn)行各類數(shù)據(jù)參數(shù)的修改。I/O□是雙向的輸?shù)囊?，CE將始終被置為低電平，禁止各種穿心數(shù)據(jù)的傳播，只圖3LCD1602SCLK將一直被當(dāng)作輸入端口，與單片機(jī)的p2.2引腳連接。5.3單片機(jī)最小系統(tǒng)部分盡管是以51單片機(jī)為內(nèi)核，但相比于51系列單片機(jī)，STC89C52進(jìn)行了許多的改進(jìn)，如使用的電壓范圍更大了。相比于51系列單片機(jī)4.5v-5.5v的工作電壓，STC89C52單片機(jī)適用于2.0v至3.8v的工作電壓，能更好的適配各種工作環(huán)境。與51相比，STC89C52系列單片機(jī)有了更大的內(nèi)存，51系列單片機(jī)只擁有4k的內(nèi)存，而STC89C52單片機(jī)有著8K的內(nèi)存，能進(jìn)行更加繁雜數(shù)據(jù)的處理。在功能適配上擁有著8位CPU的STC89C52單片機(jī)能給嵌入式微控制系統(tǒng)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤!未找到引用源。。平平4超聲波模塊接口5.5.1超聲波傳感器的原理超聲波傳感器是能將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器錯(cuò)誤：未找到引用源。超聲波性，即既能發(fā)出信息，又能接受信息。和表面波探頭五種錯(cuò)誤!未找到引用源。。直探頭：直探頭分為兩種類型，分別是單晶縱波直探頭和雙晶波直探頭。直探頭又可稱為平探頭，主要適用于平行平面上的材料探傷等，如板材探傷，鋼材斜探頭：斜探頭分為三種類型，分別為單晶橫波斜探頭，縱波斜探頭和雙晶橫波斜探頭。超聲波斜探頭同樣適用于工件探傷領(lǐng)域錯(cuò)誤!未找到引用源。。帶曲率探頭：帶曲率探頭分為帶軸向曲率和徑向曲率兩種。軸向曲率探頭適用于需要進(jìn)行軸向曲率檢測的工件，如無縫鋼管等。只要內(nèi)徑小于2000毫米的都可以進(jìn)行軸向曲率檢測。徑向曲率檢測探頭通常適用于無縫鋼管，等需要進(jìn)行徑向拼接的工件。聚焦探頭：聚焦探頭顧名思義即為將聲波聚集成一道細(xì)聲束進(jìn)行工作的探頭，通常根據(jù)聚集后聲束的不同分為點(diǎn)聚焦探頭和線聚焦探頭。聚焦方式有壓電晶片自聚焦和透鏡聚焦兩種。自聚焦探頭通?？蛇m用于曲面探傷缺陷檢測透鏡聚焦探頭。透鏡聚焦探頭通常結(jié)構(gòu)較自聚焦探頭較長，一般可適用于水中作業(yè)。表面波探頭：表面波探頭顧名思義即為發(fā)射接收表面波的探頭，通?？捎糜趯ぜM(jìn)行表面缺陷的檢測。5.5.2超聲波傳感器的選用目前市面上常見的超聲波傳感器通常分為壓電型超聲波傳感器和磁致伸縮型超聲波傳感器兩種。故本設(shè)計(jì)也有兩種超聲波傳感器可供選用。方案一：使用壓電晶體組成的壓電型傳感器來完成本設(shè)計(jì)。方案二：使用磁致伸縮型傳感器來完成本設(shè)計(jì)。對于方案一：壓電晶體組成的壓電型傳感器是一種可逆性傳感器，即既能將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，又能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)的傳感器。在實(shí)際使用過程中，發(fā)送器先將受到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)發(fā)送出去，在發(fā)送出去的超聲波信號(hào)遇到障礙物反射后，接收器又將反射的超聲波信號(hào)接受并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入給數(shù)據(jù)處理單元錯(cuò)誤!未找到引用源。。能優(yōu)秀的契合本文設(shè)計(jì)，達(dá)到一舉兩得的目的。壓電型傳感器又分為透射式超聲波傳感器、分離反射式超聲波傳感器和反射式超聲波傳感器。透射式超聲波傳感器一般會(huì)在遙控器，自動(dòng)開關(guān)上進(jìn)行使用，分離反射式超聲波傳感器一般會(huì)應(yīng)用與測量距離，液體水位，物料位置，反射式超聲波傳感器則會(huì)用在材料探傷，譚厚等工作上。基于設(shè)計(jì)需要，將會(huì)采用分離由于方案二的磁致伸縮式超聲波傳感器工作方式較壓電式超聲波傳感器更感器具有四個(gè)引腳，其中Vcc提供工作電壓，接入電源正極，提供5v的工作電在工作時(shí)，單片機(jī)對HC-SR04的Tr為了達(dá)到智能語音播報(bào)測距數(shù)據(jù)的目的，本設(shè)計(jì)使用MY1680U-12P語入輸出和特殊控制引腳，對MY1680U-12P實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng)BUSY引腳輸出高電平時(shí)，外界喇叭開始波音，當(dāng)輸出低電平時(shí)，外接喇叭停止播音。RX引腳與單片機(jī)的P3.1相連實(shí)現(xiàn)異步串口數(shù)據(jù)輸入功能錯(cuò)誤!未找到引用源。。P3.1□與其他引腳不同，其他引腳只能進(jìn)行模擬串口通信功能，但P3.1引腳不但能進(jìn)行模擬串口通信，還能進(jìn)行正式的串口通信。所以此處用RX引腳與P3.1引腳連接，進(jìn)行正式的串口通信功能。98987123456DACLDACR配置串口NY結(jié)束對于一個(gè)完整的測距系統(tǒng)而言，軟件方面的設(shè)計(jì)也必不可少。一個(gè)簡潔精要的軟件設(shè)計(jì)能夠大大的增強(qiáng)系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的工作效率。測距儀，顧名思義最重要的就是測量距離。而對距離的測量會(huì)受到許多因素的影響，例如環(huán)境溫度。在不同的環(huán)境溫度下，超聲波的傳播速度是不一致的錯(cuò)誤!未找到引用源。。超聲波傳感器發(fā)收信號(hào)有兩個(gè)階段，第一個(gè)階段超聲波探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，并將此物發(fā)生反射，被超聲波探頭所接受，并將此時(shí)的時(shí)間統(tǒng)與被測障礙物的距離信息。上圖6為主程序流程圖，單片機(jī)在處理出距離數(shù)據(jù)后，與預(yù)設(shè)的距離閾值進(jìn)至液晶顯示模塊，使其進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。下圖7為定時(shí)中斷子程序流程圖，由于超聲波的發(fā)射通常會(huì)有延遲，所以定時(shí)中斷子程序的作用就是盡量降低這種延遲對測距系統(tǒng)精確性的影響。圖7定時(shí)中斷子程序7.系統(tǒng)的組裝與調(diào)試LCD1602液晶顯示模塊和超聲波傳感器按照設(shè)計(jì)圖紙將電路焊接成功。在焊接足預(yù)期的功能錯(cuò)誤!未找到引用源。。示器上是否正常顯示溫度，時(shí)間，距離信息。若能正常顯示，即可進(jìn)行下一步。將各種所需參數(shù)設(shè)置后，進(jìn)行測距測試，驗(yàn)證測距系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。7.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為了驗(yàn)證測距系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，將對測距系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試，測首先安放一個(gè)目標(biāo)物體，用刻度尺量取距目標(biāo)物20厘米的位置，將測距系統(tǒng)平穩(wěn)放置于此處，觀察測距系統(tǒng)測量所得的值與刻度尺量取的值是否一致，測量進(jìn)行五次，來減少偏差。測試數(shù)據(jù)記錄在下表中。表2實(shí)驗(yàn)調(diào)試