課程設(shè)計報告--超聲波測距離器的設(shè)計

1、<p>　　單片機課程設(shè)計與制作說明書</p><p>　　設(shè)計題目：超聲波測距離器的設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)年級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　同組姓

2、名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 7 月5 日</p><p>　　單片機技術(shù)課程設(shè)計與制作任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計題目：超聲波測距離器的設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b><

3、/p><p>　　設(shè)計出超聲波測距的硬件結(jié)構(gòu)電路。</p><p>　　對設(shè)計的電路進行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。</p><p>　　對設(shè)計的電路進行分析。</p><p>　　數(shù)碼管顯示測量距離。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容：</b&g

4、t;</p><p><b>　　了解超聲波測距原理</b></p><p>　　根據(jù)超聲波測距原理，設(shè)計超聲波測距離的硬件結(jié)構(gòu)電路</p><p><b>　　四、設(shè)計成果形式：</b></p><p>　　設(shè)計說明書一份（不少于4000字）；</p><p><b&

5、gt;　　樣品一套。</b></p><p>　　五．完成期限： 2013年 7月 5 日</p><p>　　指導(dǎo)教師： 2013 年 7 月5 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　超聲波測距器可應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及

6、一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于，如液位、井深、管道長度、物體厚度等的測量。也有很多方法可以測量，這里用超聲波設(shè)計一個測距器，實現(xiàn)距離的測量。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、預(yù)置子程序、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</p><p>　　機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各

7、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。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。 </p><p><b>　　基本部分</b></p><p>　　測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰、穩(wěn)定的顯示測量結(jié)果。</p><p><b>　　2、發(fā)揮部分</b></p><

8、p>　　可以根據(jù)溫度的不同，導(dǎo)致的速度的不同，用不同的速度測量距離。</p><p>　　摘要：本文介紹了基于AT89C52單片機的超聲波測距器。通過DS18B20數(shù)字溫度測量儀測出當前的室溫，送入單片機，單片機經(jīng)過對比，進而得出用哪個檔進行測量，單片機和發(fā)射電路發(fā)射出超聲波，超聲波遇到障礙物，反射回來，在經(jīng)過接收電路接收，送入單片機，單片機經(jīng)過計算，得出距離，并在數(shù)碼管上顯示出距離。測量精度高達±

9、;0.5%，并且顯示穩(wěn)定的4位有效數(shù)字。不僅測量簡便，讀數(shù)直觀，且測量精度、分辨率較高。</p><p>　　關(guān)鍵字：單片機、AT89C52、DS18B20、測距</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 概論………………

10、…………………………………… </p><p>　　1.2 ………………………………………………………… </p><p>　　1.3 …………………………………………………………</p><p>　　第二章 整體的設(shè)計方案</p><p>　　2.1 超聲波測距原理………………………………………</p><p>　

11、　2.2 超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計原理框圖…………………… </p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1超聲波測距模塊…………………………………… </p><p>　　3.2 超聲波測距系統(tǒng)的電路設(shè)計………………………… </p><p>　　3.3 超聲波發(fā)射電路………………………

12、………………</p><p>　　3.4 超聲波接收電路………………………………………</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 超聲波測距儀主程序流圖……………………………</p><p>　　4.2 超聲波測距系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………………</p><p

13、>　　4.3控制程序………………………………………………</p><p>　　第五章 實驗調(diào)試作品與實驗心得</p><p>　　參考文獻………………………………………</p><p>　　附錄1…………………………………………………… </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>

14、<p><b>　　1.1概論</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。</p><p>　　城市污水給人們帶來了困

15、擾，因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計研制箱涵排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計超聲波測距儀的意義。</p><p><b>　　1.2</b></p><p&

16、gt;　　超聲波是一門以物理、電子、機械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。該技術(shù)在國民經(jīng)濟中，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。 超聲技術(shù)是通過超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接收的物理過程完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。</p><p><b>　　1.3</b></p

17、><p>　　按超聲波振動輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息，稱為檢測超聲。 超聲波是聽覺閾值之外的振動，其頻率范圍在104——1012Hz，其中通常的頻率大約在104——310×6之間。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴散；反之，如果超聲波的波長

18、與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴散。</p><p>　　第二章 整體的設(shè)計方案</p><p>　　2.1 超聲波測距原理</p><p>　　我們知道，由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到日常使用的要求。&

19、lt;/p><p>　　發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t,由s=vt/2即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。</p><p>　　2.2 超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計原理框圖</p><p>　　A

20、T89C51單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成。超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　硬件電路主要分為單片機系統(tǒng)及顯示電路、超生波發(fā)射電路和超</p><p>　　聲波檢測接收電路三部分。</p><p>　　3.1超聲波測距模塊<

21、/p><p>　　可用作應(yīng)用系統(tǒng)的測距模塊。因為它是串口TTL電平輸出的，而且尺寸小巧3cmx5cm.可應(yīng)用在倒車雷達、機器人避障、液位檢測、入侵報警、距離測量等產(chǎn)品中。板上留有安裝孔；左右各有一排插針孔，以備插到應(yīng)用板上。</p><p>　　使用了C51兼容單片機。低成本的超聲波流量計、超聲波液位計、雷達液位計、農(nóng)業(yè)機械自動化等應(yīng)用的實用模塊。</p><p>&l

22、t;b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　模塊尺寸：33x45mm2</p><p>　　對外接口定義：（信號輸出腳是第3腳TX，5V左右的TTL電平，可接應(yīng)用系統(tǒng)單片機RX</p><p><b>　　引腳）。</b></p><p>　　串口傳輸協(xié)議：9600，N，8，1</p>

23、;<p>　　數(shù)據(jù)格式：每個距離數(shù)據(jù)輸出占用4個字節(jié)。前兩個為固定值0xff，0xaa；后兩個為距離值，先是低字節(jié)，后是高字節(jié)，單位為厘米。</p><p><b>　　基本工作原理：</b></p><p>　　1、采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號;</p><p>　　2、模塊自動發(fā)送 8個40khz的方

24、波，自動檢測是否有信號返回；</p><p>　　3、有信號返回，通過 IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。</p><p>　　4、測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2;</p><p>　　超聲波測距實物圖如圖：</p><p>　　3.2 超聲波測距系統(tǒng)的電路設(shè)計</p>

25、<p>　　單片機采用AT89S52系統(tǒng)用12MHz高精度晶振得到較為穩(wěn)定的時鐘頻率以減小測量誤差。用單片機P1.0端口輸出40kHz方波信號利用外中斷0檢測接收返回的超聲波信號顯示電路采用常用的七段數(shù)碼管。</p><p>　　超聲波發(fā)射采用推免形式將P1.0端口發(fā)出的方波信號加到超聲波換能器兩段以提高超聲波發(fā)射的強度。發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成用單片機P1.0端口輸出40

26、kHz方波信號一路經(jīng)一路反向送到超聲波換能器的另一個電極。 超聲波接收采用的是常用于電視機紅外遙控接收器的芯片CX20106A。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz于測距超聲波40kHz較為接近?？梢岳盟鳛槌暡z測電路。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當改變超聲波接收探頭兩端電容的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　3.3 超聲波發(fā)射電路</p>

27、<p>　　超聲波發(fā)射的串聯(lián)諧振頻率有兩個，一個是40khz，一個是51khz；其對應(yīng)的阻抗分別為：1.27kΩ和381Ω由單片機產(chǎn)生40KHz 的方波，并通過單片機的P1.0口接到CD4069，而后面的CD4069 則對40KHz 頻率信號進行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。</p><p>　　3.4超聲波接收電路</p><p>　　當超聲波接收頭收到發(fā)射信號時，便通過C

28、X20106進行前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和比較、積分及施密特觸發(fā)比較得到解調(diào)處理后的信號。7腳為信號輸出口，沒收到信號時為高電平，收到后變?yōu)榈碗娖?，之后又恢?fù)高電平。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　該系統(tǒng)的信號產(chǎn)生與數(shù)據(jù)處理傳送部分由AT89s52單片機主控芯片方波信號產(chǎn)生中斷程序定時器計時低電平檢測數(shù)碼管顯

29、示程序設(shè)計。</p><p>　　4.1超聲波測距儀主程序流圖</p><p>　　4.2超聲波測距系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計算計算距離

30、又要求精細計算程序運行時間超聲波測距時。</p><p>　　第五章 實驗調(diào)試作品與實驗心得</p><p><b>　　5.1成品</b></p><p>　　5.2 實驗心得體會</p><p>　　通過本次實驗，我們掌握了超聲波測距器的原理和其硬件點電路結(jié)構(gòu)，也使得動手能力和團隊協(xié)作能力得到了充分的提高，對單片

31、機的原理和開發(fā)過程有了一個系統(tǒng)的理解。通過這次課程設(shè)計更加深了我對C51單片機應(yīng)用設(shè)計的了解，相當于又重新復(fù)習(xí)了一遍課本，對課本的知識更加鞏固。對于理解與編輯程序又有了很大的進步，這說明只要我們多用時間去理解收獲的知識就會很多，知識時積累起來的，遇到不懂就要多問老師或同學(xué)，多與人交流學(xué)的知識也就會更廣泛。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

32、　　丁元杰. 單片微機原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996;</p><p>　　王田苗. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā) 北京：清華大學(xué)出版社 2005</p><p>　　李法春. C51單片機應(yīng)用設(shè)計與技能訓(xùn)練 北京：電子工業(yè)出版社</p><p>　　樓然苗. 單片機課程設(shè)計指導(dǎo) 北京航空航天大學(xué)出版社 2007</p><

33、p>　　薛麗芳. 汪卉，彥文俊. 基于超聲波的距離測量【J】 自動化與儀表，2007</p><p>　　何立民. 單片機應(yīng)用技術(shù)選編[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996 </p><p>　　蘇偉.鞏壁建. 超聲波測距誤差分析[J]. 傳感器技術(shù)， 2004 </p><p>　　單片機課程設(shè)計與制作成績評定表</p>&l

34、t;p>　　設(shè)計題目：超聲波測距離器的設(shè)計 </p><p>　　學(xué)號： 姓名： </p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　#include <AT89x51.H>//器件配置文件</p><p>　　#include &l

35、t;intrins.h></p><p>　　#define RX P1_0</p><p>　　#define TX P1_1</p><p>　　unsigned int time=0;</p><p>　　unsigned int timer=0;</p><p>　　unsigned char

36、 posit=0,count;</p><p>　　unsigned long S=0;</p><p>　　bit flag =0;</p><p>　　Unsigned char const discode[12] ={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0xff};</

37、p><p>　　unsigned char const positon[3]={0xFE,0xFD,0xFB};</p><p>　　unsigned char disbuff[4] ={ 0,0,0,0,};</p><p>　　/********************************************************/</p>

38、;<p>　　void Display(void) //掃描數(shù)碼管</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(count==1)</p><p>　　{P0=discode[disbuff[0]]|0x80;</p><p><b>　　P2=0;</b>

39、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(count==2)</p><p>　　{P0=discode[disbuff[1]];</p><p><b>　　P2=1;</b></p><p><b>　　}</b><

40、/p><p>　　if(count==3)</p><p>　　{P0=discode[disbuff[2]];</p><p><b>　　P2=2;</b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　}</b>&l

41、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　/********************************************************/</p><p>　　void Conut(void)</p><p><b>　　{</b></p><

42、p>　　time=TH0*256+TL0;</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p><b>　　TL0=0;</b></p><p>　　S=(time*1.7)/100; //算出來是CM</p><p>　　if((S>=700)||flag==1)

43、 //超出測量范圍顯示“-”</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p>　　disbuff[0]=10; //“-”</p><p>　　disbuff[1]=10; //“-”</p><p>

44、;　　disbuff[2]=10; //“-”</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　disbuff[0]=S%1000/100;</p><p

45、>　　disbuff[1]=S%1000%100/10;</p><p>　　disbuff[2]=S%1000%10 %10;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************************

46、*************************/</p><p>　　void zd0() interrupt 1 //T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍</p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag=1; //中斷溢出標志</p><p><b>　　}<

47、;/b></p><p>　　/********************************************************/</p><p>　　void zd3() interrupt 3 //T1中斷用來掃描數(shù)碼管和計800MS啟動模塊</p><p><b>　　{</b></p>&l

48、t;p><b>　　TH1=0xf8;</b></p><p><b>　　TL1=0x30;</b></p><p>　　Display();</p><p><b>　　timer++;</b></p><p><b>　　count++;</b>

49、;</p><p>　　if(timer>=400)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　timer=0;</b></p><p>　　TX=1; //800MS 啟動一次模塊</p><p><

50、;b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();

51、 </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></

52、p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p>

53、<b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_(

54、); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　TX=0;</b></p&g

55、t;<p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*********************************************************/</p><p>　　void main( void )</p><

56、p><b>　　{ </b></p><p>　　TMOD=0x11; //設(shè)T0為方式1，GATE=1；</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p>　　TL0=0; </p><p>　　TH1=0xf8; //2MS定時</

57、p><p><b>　　TL1=0x30;</b></p><p>　　ET0=1; //允許T0中斷</p><p>　　ET1=1; //允許T1中斷</p><p>　　TR1=1; //開啟定時器</p><p>　　EA=1; //開啟總

58、中斷</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!RX);//當RX為零時等待</p><p>　　TR0=1; //開啟計數(shù)</p><p>　　while(RX);/