單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-超聲波測(cè)距

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題： 超聲波測(cè)距</p><p>　　系 別： 電氣與電子工程系</p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　2011年12 月 28 日</p><p><b>　　成績(jī)?cè)u(píng)定·</b></p><p>　　一、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、答辯情況及其平時(shí)表現(xiàn)綜合評(píng)定）。</p><p><b>　　二、評(píng)分</b></p><p><

3、;b>　　課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　由于超聲測(cè)距是一種非接觸檢測(cè)技術(shù)，不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保

4、檢測(cè)、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測(cè)距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的

5、研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距器，用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置控制；</p><p>　　2、要求測(cè)量范圍在0.10~4.00米，測(cè)量精度1厘米，測(cè)量時(shí)與被測(cè)物體無(wú)直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測(cè)量結(jié)果。</p><p

6、><b>　　三、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 超聲波測(cè)距的基本原理</p><p>　　諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、又可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激勵(lì)下可將

7、電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時(shí)，它可將聲能(機(jī)械能)轉(zhuǎn)換為電能。</p><p>　　3.1.1 超聲波發(fā)生器 </p><p>　　為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一 類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣

8、流旋笛等。它們所產(chǎn)生 的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 </p><p>　　3.1.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 </p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信 號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)

9、生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波 時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。</p><p>　　圖１超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.1.3超聲波測(cè)距原理 </p><p>　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途

10、中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2</p><p>　　最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。

11、超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 </p><p>　　由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過(guò)程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，</p><p>　　只要

12、測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖3-1所示：</p><p>　　超聲波發(fā)射 障礙物</p><p><b>　　S</b></p><p><b>　　H</b></p><p><b>　

13、　θ</b></p><p><b>　　超聲波接收</b></p><p>　　圖1 超聲波的測(cè)距原理</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中:L---兩探頭

14、之間中心距離的一半.</p><p>　　又知道超聲波傳播的距離為:</p><p><b>　　( 3-3)</b></p><p>　　式中:v—超聲波在介質(zhì)中的傳播速度;</p><p>　　t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間.</p><p>　　將（3—2）、（3—3）代入（3-1）中得

15、：</p><p><b>　　( 3-4)</b></p><p>　　其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s);當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí),則(3—4)變?yōu)?lt;/p><p><b>　　( 3-5) </b></p><p>　　所以,只要

16、需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以得出測(cè)量的距離H.</p><p>　　３.２超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖３超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　３.３主程序框圖</b></p><p><b>　　圖４主程序框圖</b></p><p>

17、<b>　　四、各部分電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　４.１超聲波發(fā)射電路</p><p><b>　　圖５超聲波發(fā)射電路</b></p><p>　　超聲波發(fā)射電路主要由反向器74ＨＣ０４和超聲波發(fā)射換能器ＬＳ１構(gòu)成，如圖7所示。圖中ＬＳ１為超聲波發(fā)射器。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻R2，R

18、3一方面可以提高反向器74ＨＣ０４輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。</p><p>　　工作時(shí)，單片機(jī)的定時(shí)器T0產(chǎn)生信號(hào)，從P1.3端口輸出，一路經(jīng)過(guò)一級(jí)反向器后送到超聲波發(fā)射器ＬＳ１的一個(gè)電極，另一路經(jīng)過(guò)兩極反向器后送到超聲波發(fā)射器ＬＳ１的另一個(gè)電極，從而將40 KHz電脈沖信號(hào)加到超聲波發(fā)射器ＬＳ１，使ＬＳ１發(fā)射超聲波。</p><p&

19、gt;　　電路采用推挽形式，向超聲波發(fā)射器ＬＳ１提供電脈沖信號(hào)，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。</p><p>　?。?２超聲波接收電路</p><p><b>　　圖６超聲波接收電路</b></p><p>　　超聲波接收電路主要由超聲波接收換能器ＬＳ２和超聲波檢測(cè)接收模塊構(gòu)成，如圖8所示。圖中ＬＳ２為超聲波接收器。U２是超聲波檢測(cè)接收模塊，設(shè)計(jì)

20、時(shí)選用了紅外線檢波接收專用集成電路芯片ＨＤ７４ＨＣＯ４Ｐ。電路中設(shè)置的電容C２，適當(dāng)更改其大小，可以改變接收電路的抗干擾能力；適當(dāng)改變電路中的電容C４，可改變電路的靈敏度。</p><p>　?。?３數(shù)碼管顯示電路</p><p><b>　　圖７數(shù)碼管顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯

21、示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式，本系統(tǒng)采用并行輸出的動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)顯示原理</b></p><p>　　七段LED顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，通常構(gòu)成字形“日”，其中有一個(gè)發(fā)光二極管用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。各段LED顯示器由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，相應(yīng)的一個(gè)筆畫(huà)或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光，由此就能顯示出對(duì)應(yīng)字符。通常將各段發(fā)光二極管的陰極或陽(yáng)極連

22、在一起作為公共端；將各段發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起的叫共陽(yáng)極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。</p><p>　?。?４單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p><b>　　圖８單片機(jī)最小系統(tǒng)</b></p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)能正常工作的最小外接電路單元，是設(shè)計(jì)電路的核心部分，也是整個(gè)作品最關(guān)鍵的最重要的

23、部分。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：復(fù)位電路、晶振電路</p><p><b>　　五、整體電路圖</b></p><p><b>　　圖９整體電路圖</b></p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　由于是第一次做實(shí)物，剛看到題目覺(jué)得無(wú)從下手。后來(lái)請(qǐng)教一下同

24、學(xué)，又上網(wǎng)搜了一些資料，開(kāi)始靜下心來(lái)，按照步驟開(kāi)始做課程設(shè)計(jì)，先是按照功能需要設(shè)計(jì)原理圖，同時(shí)上網(wǎng)搜了一些程序做參考，然后按照需求，結(jié)合課本來(lái)編寫(xiě)程序。然后做仿真，這之中出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)多次請(qǐng)教與修改才仿真成功。仿真成功后，按照要求做出了ＰＣＢ圖。接下開(kāi)始焊接電路板，本來(lái)以為是很簡(jiǎn)單的事，真正去做的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)它的困難，好不容易焊好后發(fā)現(xiàn)竟然不能用，原來(lái)是焊錫用多了，有個(gè)地方短路了，經(jīng)過(guò)修改，終于能夠顯示出數(shù)據(jù)了，過(guò)了一天再去測(cè)試的時(shí)

25、候竟然數(shù)據(jù)不會(huì)動(dòng)了，多次檢查發(fā)現(xiàn)原來(lái)是電池老化，用電壓表測(cè)，發(fā)現(xiàn)只有３.９Ｖ。重新?lián)Q上電池才能正常工作，電壓不穩(wěn)定也成了這個(gè)設(shè)備的一個(gè)缺點(diǎn)，如果條件允許，改成ｕｓｂ穩(wěn)定供電的效果會(huì)比較好，總之在老師和同學(xué)們的幫助下，又翻閱大量的資料，終于完成了我的課程設(shè)計(jì)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)在很大程度上提高了我的動(dòng)手能力，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

26、/p><p>　?。?）單片機(jī)原理及應(yīng)用 楊恢先 黃輝先主編 人民郵電出版社</p><p><b>　　附：部分源程序</b></p><p>　　/*--------------------------------------</p><p>　　MCU AT89C52 XAL 12MHz</p>&

27、lt;p>　　--------------------------------------*/</p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#include <delayus.h></p><p>　　#de

28、fine uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　　bit symbol;</p><p>　　uchar dispbit[13]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0

29、x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x00,0xff,0x7f};</p><p>　　uchar scanbit[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};</p><p>　　sbit transmit=P3^3; </p><p>　　data uchar testok;</p><p>　　voi

30、d display(uchar *temp)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>

31、;　　if(i==2&&symbol==1)</p><p>　　P0=dispbit[*temp]&0x7f;</p><p>　　else P0=dispbit[*temp];</p><p>　　P2=scanbit[i];</p><p>　　delayus(200);</p><p>

32、<b>　　temp++;</b></p><p><b>　　P0=0xff;</b></p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p

33、><p>　　void cs_t()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　transmit=1;</p><p><b>　　TH0=0;</b></p><p

34、>　　TL0=0; </p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　for(i=0;i<6;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p&g

35、t;<b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_()

36、;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　transmit=~transmit;</p><p

37、><b>　　}</b></p><p>　　transmit=1; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　

38、{</b></p><p>　　uchar data dispram[5]={0x0a,0x0a,0x0a,0x0a,0x0a};</p><p>　　data uint i;</p><p>　　data ulong time;</p><p>　　data ulong_temp;</p><p><

39、;b>　　symbol=0;</b></p><p>　　P0 = 0xff;</p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p>　　TMOD = 0x11;</p><p>　　IE = 0x80; </p><p><b>　　wh

40、ile (1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　cs_t();</b></p><p>　　delayus(10);</p><p>　　testok = 0;</p><p><b>　　EX0 = 1;&l

41、t;/b></p><p><b>　　ET0 = 1;</b></p><p>　　while (!testok) display(dispram);</p><p>　　if ( testok==1 )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　t

42、ime = TH0;</p><p>　　time = (time<<8) | TL0;</p><p>　　time *=174;</p><p>　　time /= 10000;</p><p>　　dispram[0] = (uchar) (time % 10);</p><p>　　time /=

43、10;</p><p>　　dispram[1] = (uchar) (time % 10);</p><p>　　time /= 10;</p><p>　　dispram[2] = (uchar) (time % 10);</p><p>　　dispram[3] = (uchar) (time / 10);</p><

44、;p>　　if((dispram[2]!=0)|(dispram[3]!=0))symbol=1;</p><p>　　else symbol=0;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b&g

45、t;</p><p>　　dispram[0] = 10;</p><p>　　dispram[1] = 10;</p><p>　　dispram[2] = 10;</p><p>　　dispram[3] = 10;</p><p><b>　　}</b></p><p&g

46、t;　　for (i=0; i<10; i++) display(dispram);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//</b></p><p>　　void cs_r(void) interr

47、upt 0</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0 = 0;</b></p><p><b>　　ET0 = 0;</b></p><p><b>　　EX0 = 0;</b></p><p>　

48、　testok = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void overtime(void) interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EX0 = 0;</b></p><p&