《遥控遥测技术》课程论文基于单片机的超声波测距系统的设计.doc
《《遥控遥测技术》课程论文基于单片机的超声波测距系统的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《遥控遥测技术》课程论文基于单片机的超声波测距系统的设计.doc(22页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、南京信息工程大学南京信息工程大学 遥控遥测技术课程论文遥控遥测技术课程论文 题 目:基于单片机的超声波测距系统的设计 学生姓名:学生姓名:*学学 号号:2009*学学 院院:*专专 业业:*指导教师指导教师:*2012 年年 05 月月 20 日日 1 摘要:超声波具有指向性强,能量消耗缓慢,传播距离较远等优点,所以,在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中,超声波测距是目前应用最普遍的一种,它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本设计详细介绍了超声波传感器的原理和特性,分析了超声波测距的原理的基础上,指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题,给出了以 S
2、TC89c52 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。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。关键词:超声波 单片机 测距 STC89c52 Abstract Ultrasonic wave has strong pointing to nature,slowly energy consumption,propagating distance farther,so,in utilizing the scheme of distance finding that senso
3、r technology and automatic control technology combine together,ultrasonic wave finds range to use the most general one at present,it applies to guard against theft,move backward the radar,water level measuring,building construction site and some industrial scenes extensively。This subject has introdu
4、ced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail,on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range,provide low cost,the hardware circuit of high accuracy,
5、ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking STC89c52 as the core,this circuit of system is reasonable in design,working stability,performance good measuring speeding soon,calculating simple,apt to accomplish real-time control,and can reach industrys practic
6、al demand in measuring the precision。Key Words:Ultrasonic wave;One-chip computer;Range finding;STC89c52 1 引言:测量距离的方法有很多种,短距离的可以用米尺,远距离的有激光测距等,超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为 331.45 米/秒,由单片机负责计时,系统的测量精度理论上可以达到毫米级。2 系统设计方案 2.1超声波测距的原理 超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF(time of flight),也可以称为回波探测法,如图所示。超声波发射器向某
7、一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在介质中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据传声介质的不同,可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式,又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾,超声波在空气中传播,超声波在空气中(20)的传播速度为 340m/s(实际速度为 344m/s 这里取整数),根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离,公式340*/2St。图 1 超声波测距原理 由于超声波也是一种声波,其声速 c 与温度有关,表 1 列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不
8、大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。表 1 声速与温度的关系 温度()30 20 10 0 10 20 30 100 声速(m/s)313 319 325 323 338 344 349 386 2.2设计框图 本研究设计的超声波测距仪框图如图所示。US-100超声波收发模块触发电路中断接收计算距离模拟电压信号LCD距离显示STC89C52单片机声光报警 超声波测距仪方框图 2.3 US-100 超声波收发模块 该超声波收发模块可自己产生 40kHz 的方波,并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波,发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头
9、接收。经接收电路的检波放大,积分整形,在 ECHO 引脚上产生方波脉冲,该脉冲宽度与被测距离成线性关系。具体过程如图 3 所示。US-100 超声波收发模块工作时序图 上图表明: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端输出一个高电平,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*
10、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,也就是不管温度多少,声速选择 340m/s 即可。使用 US-100 超声波收发模块进行距离测量测量时,单片机只需要输出触发信号,并监视回响引脚,通过定时器计算回响信号宽度,并换算成距离即可。该模块简化了发送和接收的模拟电路,工作稳定可靠,其参数指标如表 2 所示。表 2 US-100 模块电气参数 应注意测量周期必须在 60 毫秒以上,防止发射信号对回响信号的影响。US-100 超声波模块外形图 2.4 2.4 单片机电路 本设计选用单片机 STC89C52,其管脚如图所示。STC89C52 单片
11、机管脚图 该芯片为 52 内核 8 位单片机,兼容 Intel 等 52 内核单片机,支持 ISP 下载,适用于常用检测控制电路。由 STC89C52 组成的单片机系统原理图如图 6 所示。图中 TRIG 引脚为单片机发送触发信号的引脚,ECHO 引脚为 US-100 模块送回回响信号的引脚,接至单片机外部中断 P3.2 脚上,可以利用外部中断测量回响信号宽度。当测量距离小于阈值 20cm 时,单片机通过管脚 P3.6 发出灯光报警信号,触发 LED 报警灯亮,同时通过管脚 P3.7 发出声音报警信号 beep,该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。图 6 单片机系统及超声波模块接口原理图 2.5 蜂
12、鸣器报警电路 图 7 所示为蜂鸣器报警电路。由于单片机管脚的灌电流比拉电流容量大,因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响,高电平关闭。当 P3.7 脚输出低电平时,PNP 型三极管 8550 导通,有集电极电流通过,蜂鸣器鸣响。当 P3.7 脚输出高电平时,三极管截止,蜂鸣器关闭。图 7 蜂鸣器报警电路 5 显示电路 显示部分采用 SMC 1602 液晶屏进行数据显示,其主要技术参数为:表 3 液晶屏技术指标 接口信号说明如表 4 所示。表 4 液晶屏接口信号说明 与单片机接口电路如图 8 所示。图 8 LCD 与单片机接口电路 6 供电及程序下载电路 本设计采用 USB 接口供电,电源电压 5V
13、。同时,USB 接口通过内含 PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图 9 所示。图 9 供电及程序下载电路 3 软件编程 3.1软件流程图 本设计软件主程序流程图如图 10 所示,(a)为主程序流程图,(b)为定时中断子程序流程图,(c)为外部中断子程序流程图。数据初始化定时器初始化显示初始化进入后台while循环超声波测量触发有回波否?延时60ms外部中断子程序有无计算距离并显示距离小于20cm否?声光报警是否 外部中断入口读取定时器当前值置测量成功标志返回 (a)主程序流程图 (b)外部中断流程图 图 10 程序流程图 3.2主程序 (1)头文件和一些宏定义/*/*
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 遥控遥测技术 遥控 遥测 技术 课程 论文 基于 单片机 超声波 测距 系统 设计

链接地址:https://www.31ppt.com/p-4142927.html