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2014年1月7日
目录
1.引言1
1.1设计目的1
1.2设计任务及要求1
2.总体设计思路2
2.1倒车雷达思路2
2.2超声波测距原理2
2.3设计方法简介3
3.实物连接3
4.硬件焊接与测试4
5.结论6
6.设计心得体会6
参考文献7
附录A:
元件清单8
附录B:
注意事项8
1.引言
近年来,随着汽车产业的迅速发展和人民生活水平的不断提高,我国汽车数量正在逐年增加,即使在世界经济危机的阴影下,国内汽车的销售也并未遭受过多影响。
而这其中,非职业的驾驶员比例也在不断提高。
在公路、街道、停车场、车库等拥挤狭窄的空间倒车时,汽车的碰撞事故发生概率也大比例增加。
因此增加汽车的后视能力十分重要。
安全避免与障碍物碰撞的前提是快速准确的测量汽车与障碍物的距离。
1.1设计目的
1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握数字电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。
包括:
根据设计任务和指标初选电路;
调查研究和设计计算确定电路方案;
选择元件、安装电路、调试改进;
分析实验结果、写出设计总结报告。
2.学会超声波测距电路的设计方法和性能指标测试方法。
3.培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。
4.学会选择单片机、超声波测距模块、1602显示屏,完成距离的检测与现实。
5.完成全电路理论设计、绘制电路图。
1.2设计任务及要求
1.设计并制作一个超声波测距器,主要技术指标要求:
①实时显示②精度0.5cm±
1③探测距离:
2cm-450cm
2.设计电路结构,选择电路元件,确定模块端口参数,确定实物连接。
3.自拟实验方法、步骤及数据表格,提出测试所需仪器及元器件的规格、数量,交指导教师审核。
4.学生自行进行组装、调试,并测试其主要性能参数。
2.总体设计思路
2.1倒车雷达设计思路
由于倒车时汽车的行驶速度较慢,和声速相比可以认为汽车是静止的,因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。
利用单片机产生40Hz的工作频率,经过超声波发射器发射,遇到障碍物返回被超声波接收器接收后,经过接受检测装置对接收信号进行处理,由单片机计算超声波发射器到障碍物之间的距离,将计算结果送至显示器显示,并驱动蜂鸣器按距离的远近发出不同的节拍提示音。
这里使用集成超声波测距模块US-100,来完成超声波测距的数据交互。
2.2超声波测距原理
这里使用集成超声波测距模块US-100完成,使用模块的电平触发测距模式,模块电平触发方式原理如下:
图1US-100测距时序图
图1表明:
只需要在Trig/TX管脚输入一个10US以上的高电平,系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲,然后检测回波信号。
当检测到回波信号后,模块还要进行温度值的测量,然后根据当前温度对测距结果进行校正,将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。
在此模式下,模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍,通过Echo端输出一高电平,可根据此高电平的持续时间来计算距离值。
即距离值为:
(高电平时间*340m/s)/2。
注:
因为距离值已经经过温度校正,此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正,即不管温度多少,声速选择340m/s即可。
2.3设计方法简介
根据超声波测距的基本原理,以51单片机作为数据处理核心,将超声波测距模块US-100电平输出端的变化电平进行分析处理,最后再经过1602显示屏进行显示以实现测距功能。
3.实物连接
确定单片机与超声波测距模块的连接端口,根据开发板上1602扩展口的RW和RS端口将1602显示屏正确连接到开发板上如图2、图3:
其中RW接p1.1;
RS接p1.0;
E接p2.5;
Trig接p1.5;
Echo接p3.2。
图21602显示屏与开发板连接
图3超声波模块与单片机连接
4.硬件焊接与测试
在本次设计中由于超声波测距的发射和接收都集成在超声波模块US-100上基本不需要再焊接其他电路,这里为了超声波模块的固定及方便与单片机的连接焊接了一个底座,用杜邦线将插有测距模块的底座与单片机连接。
图4连接底座
本次设计的实物测试如图5、图6:
图5启动界面
图6测量界面
连接测试过程中的问题及解决:
1.烧录程序后1602显示屏出现乱码
原因:
开发板上RW,RS,E端口与程序不匹配。
解决:
根据开发板显示屏扩展口的设计修改程序。
2.显示屏工作正常但没有测量信号
US-100模块的模式选择不对,应选择电平模式
将US-100模块的短路帽除去,使模块工作在电平模式
5.结论
经过实验,在理论分析与实际中有差别。
根据前面所提方案的要求,调试过程主要集中在软件程序方面。
测量电路产生误差的原因很多,一般有:
环境温度产生的声速误差、据测量对象的测量角度;
测量模块的极限距离及对象的移动;
另外,单片机发出的信号源频率波动、外围电路干扰和噪声都会造成误差。
在本次的设计中,距离测量误差基本在要求范围内,达到了设计目的。
6.设计心得体会
经过一周的艰苦工作,关于超声波倒车雷达设计的设计终于完成了。
回顾整个实习设计过程中,开始什么都不知道,我觉得很复杂,课题不仅有传感器,单片机和1602显示器,最麻烦的是还要编程,然而随着深入的了解,让我对单片机与传感器的应用有了进一步的认识。
本次设计主要是通过利用单片机技术、数字电子技术、传感器技术和LCD显示等学科知识,完成单片机对超声测距和显示装置控制的设计。
系统地介绍了单片机硬件的组成及设计方法并利用单片机C语言完成了系统软件的设计与测试。
以下是我在本次设计中学到的知识;
1.利用传感器技术实现了对超声波的发出和接收数据采集和读取,把距离这个物理量转换为超声波发出和接收的时间差这个可数字化的量。
2.把测量到的距离在显示电路上通过LCD显示器显示出来。
3.在本设计的基础上还可以加入报警模块,可以外接蜂鸣器及报警灯,把功能扩展延伸为极限距离的判定及控制。
4.整个系统软硬件搭配合理,设计、开发、维护方便,性价比高。
在本次设计过程中,由于时间和本人能力的限制,设计中存在一些需要改进和优化的地方。
测量精度还有待更进一步提高,软件设计也存在不合理之处。
但从设计过程中,对于单片机有更进一步的认识,对用于单片机仿真的软件操作有
更进一步提高,通过此设计,使我受益匪浅。
参考文献
[1]李广弟,朱月秀,冷祖祁.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社.2004.10~79
LiGuangdi,ZhuYuexiu,coldZuQi.MCU-based[M].BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPress.2004.10~79(inchinese)
[2]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京:
高等教育出版社,2004.2~98
LiquanLi.MicrocontrollerTheoryandapplicationtechnology[M].Beijing:
HigherEducationPress,2004.2~98(inchinese)
[3]张洪润,张亚凡.单片机应用设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006.20~108
ZhanghongRun,ZhangyaFanMCUapplicationdesign[M].Beijing:
BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPress,2006.20~108(inchinese)
[4]赵晶.电路设计与制版Protel99[M].北京:
人民邮电出版社,2000.10~208
ZhaoJing.CircuitdesignandplatemakingProtel99[M].Beijing:
People'
sPostsandTelecommunicationsPress,2000.10~208(inchinese)
[5]优信电子.US-100超声波测距模块使用说明.2006
附录A原件清单
表2-1元件清单列表
元件名称
型号
元件参数值
数量
备注
超声波模块
US-100
2-450CM
1
集成
单片机
STC89C52RC
40引脚
MCU
显示屏
1602
16引脚
蓝屏
杜邦线
20cm
4
开发板
HL-1
慧净电子
注意事项
1.焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试,需要时可设计一些临时电路用于调试。
2.测试电路时,必须要保证焊接正确,才能打开电源,以防元器件烧坏。
3按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
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