基于单片机的超声波测距仪的设计 单片机与应用电子技术等专业 大学论文.docx
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基于单片机的超声波测距仪的设计单片机与应用电子技术等专业大学论文
摘要
随着科学技术的快速发展,超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说,人们可以具体利用的测距技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来,超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间,它将朝着更加高定位高精度的方向发展,以满足日益发展的社会需求,如声纳的发展趋势基本为:
研制具有更高定位精度的被动测距声纳,以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要;继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳,实现超远程的被动探测和识别;研制更适合于浅海工作的潜艇声纳,特别是解决浅海水中目标识别问题;大力降低潜艇自噪声,改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑,未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨,与其他的测距仪集成和融合,形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步,测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能,最终发展到具有创造力。
在新的世纪里,面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
整个电路采用模块化设计,由主程序、中断程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理,实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
1.总体方案设计介绍
本文所研究的超声波测距仪利用超声波指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点,即用超声波发射器向某一方向发送超声波,同时在发射的时候开始计时,在超声波遇到障碍物的时候反射回来,超声波接收器在接收到反射回来的超声波时,停止计时。
设超声波在空气中的传播速度为V,在空气中的传播时间为T,汽车与障碍物的距离为S,S=VT/2,这样可以测出汽车与障碍物之间的距离,然后在LED显示屏上显示出来。
其工作机理是依据压电材料的正逆压电效应,利用逆压电效应产生超声波,即逆压电效应是在压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号,材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变,这种机械形变推动周围介质振动,产生疏密相间的机械波,如果其振动频率在超声范围内,这种机械波就是超声波。
本文所设计的超声波测距仪主要由AT89C52单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路.
首先由单片机驱动产生12MHZ晶振,由超声波发射探头发送出去,在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号,然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算,把计算结果输出到LED液晶显示屏上。
超声波发生器可以分为两大类:
一类是用电气方式产生超声波;另一类是用机械方式。
产生超声波。
电气方式包括压电型、电动型等;机械方式有加尔统笛、液和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率,功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。
目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。
根据设计要求并综合各方面因素,本例决定采用AT89C51单片机作为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完
引言·····················································4
一、超声波测距系统主要功能的概述························4
二、超声波测距系统的主要技术指标····················4
三、超声波测距系统的原理·····························4
四、超声波测距系统的硬件组成·························5
五、超声波测距系统的软件设计·························9
六、超声波测距系统的测试数据和测试结果分析········10
七、总结···············································11
谢辞····················································11
参考文献···············································12
附录一——超声波测距系统原理图··························13
附录二——超声波测距系统的PCB图···················14
附录三——超声波测距系统的源程序·························15
基于单片机的超声波测距系统的设计
摘要:
这是一种可应用于倒车雷达的超声波测距系统。
本系统采用单片机为核心,
结合发射和接受模块构成整个的测距系统。
倒车雷达是用来探测车身和周围的障碍物并显示其距离,以帮助驾驶员安全倒车或泊车的辅助电子设备,在纵多的汽车中逐渐普及应用,而且较多的应用了本系统设计采用的无源探头。
采用无源探头能够降低整个系统的设计成本,为能够更广泛的应用超声波测距系统打了坚实的基础。
因此,本系统的设计具有广泛的运用价值和意义。
关键字:
超声波测距;倒车雷达;运用价值
Abstract:
Thisisareversingradarcanbeusedinultrasonicrangingsystem.Thesystemusesasingle-chipmicrocomputerasthecore,Combinationoftransmittingandreceivingmodulesconstitutetheentirerangingsystem.Reversingradarisusedtodetectobstaclesinandaroundthebodyanddisplaysitsdistance,inordertohelpdriversafetyreversingorparkingandancillaryelectronicequipment,inmanylongitudinalvehiclegraduallywiderapplication,andmoreapplicationsofthesystemdesignPassiveprobeused.Passiveprobecanreduceoveralldesigncost,inordertobeabletothewideruseofultrasonicrangingsystemplayingasolidfoundation.Therefore,thedesignofthesystemhasabroadapplicationofthevalueandsignificance.
Keyword:
UltrasonicRanging;reversingradar;useValue
目录
引言·····················································4
八、超声波测距系统主要功能的概述························4
九、超声波测距系统的主要技术指标····················4
一十、超声波测距系统的原理·····························4
一十一、超声波测距系统的硬件组成·························5
一十二、超声波测距系统的软件设计·························9
一十三、超声波测距系统的测试数据和测试结果分析········10
一十四、总结···············································11
谢辞····················································11
参考文献···············································12
附录一——超声波测距系统原理图··························13
附录二——超声波测距系统的PCB图···················14
附录三——超声波测距系统的源程序·························15
引言:
本系统以STC89C52单片机控制为核心、发出40K发波信号,经发射电路升压后驱动超声波换能器,然后再由超声波接收头接受信号,送到单片机处理后,由液晶显示模块显示测量数据。
此外,本系统还包括了测温系统,测温工作由DS18B20完成,由本系统构成的超声波测距系统具有测量准确,显示便捷,操作灵活,反应迅速,系统工作稳定,耗电低,报警提示等特点。
一、超声波的主要功能概述:
●实时显示当前测量距离;
●实时显示当前测量温度;
●具有近距离和远距离两种测量模式;
●能够实时报警功能;
●具有开机系统自检功能;
二、超声波测距仪的主要技术指标
测量距离:
0.20m-10.00m
测温范围:
0℃-125℃
测量距离精度:
1cm
实时功率:
0.05W
系统发射功率:
1mW(max)
工作电流:
80mA(min)、90mA(max)
输入电源电压:
DC5V
三、超声波测距系统的原理
超声波测距的方法有很多种,如相位检测法,声波幅值检测法和往返时间检测法等。
相位检测法虽然精度高,但检测范围有限:
声波幅值检测法容易受反射波的映像。
本系统采用超声波往返时间检测法,其原理是:
检测从超声波发生器发出的超声波,经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间。
往返时间与气体介质中的声速相乘再除以2就是检测的距离。
即有:
L=V*T/2
想要通过时间测量超声波传播的时间的准确性确定距离,声速V就必须要准确测定。
实际上声速虽介质的温度,压力等变化而变化。
一般条件下,由于大气压力变化很小,因此传播速度就主要受温度的影响。
在我们的设计测距系统中采用测量温度的方法来补偿声速,即用测温元件测量实际环境的温度来修正声速。
空气中的声速与温度的关系近似用下式表示:
V=331.4+0.607Tm/sT-℃
此外,准确的测量目标还要能够精确的计算出超声波传播的时间,显然能够确定的时间的单位越小越好,本系统采用的单片机的定时器0来计算时间,单片机采用12M的晶振,那么本系统可精确到1US的最小时间单位,计算所测量的距离可精确到0.0001M,显然这已经能够完全地满足我们的设计要求。
超声波测距系统的总电路的组成部分有:
单片机控制电路,超声波发射电路,超声波接受电路,测温电路,液晶显示电路以及报警电路等共同组成。
单片机控制电路负责发生40K的方波信号,经一反向器器后分别送到MAX232的两TTL电平输入端,然后产生+/-9V的方波信号驱动超声波换能器。
再由超声波接受回来,此时,就可利用单片机定时出发射和接收的时间差。
那么单片机就可计算出实际的距离,并将其显示出来。
具体的硬件原理框图如下:
四、超声波测距系统的硬件组成
4.1单片机控制系统
单片机控制系统以单片机STC89C52为核心,结合其本身的一些外围器件构成。
STC89C52单片机是一款应用很普及的89系列的单片机,该单片机具有四个8位的I/O口,内部集成了8K的程序存储器,两个外部中断,两个定时器,支持串口的程序下载,具有应用简单,操作简便,价格便宜等许多优点。
因此我们选用这一型号的单片机作为控制器。
单片机的晶振频率为12M,这样有利于我们更准确地计算超声波的往返时
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