基于單片機(jī)的超聲波體檢機(jī)課程設(shè)計(jì)論文

1、xx大學(xué)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程論文課程論文題目基于單片機(jī)的超聲波體檢計(jì)院系名稱(chēng) 專(zhuān)業(yè)（班級(jí)） 姓名（學(xué)號(hào)） 指導(dǎo)教師 2012 年 6 月 17 日一、需求分析1、需求：設(shè)計(jì)一款體檢機(jī)，通過(guò)超聲的原理測(cè)量人的身高，同時(shí)通過(guò)別的傳感器來(lái)測(cè)量人的體重。測(cè)量得到的結(jié)果一方面顯示在顯示屏上，另一方面通過(guò)串口或者無(wú)線以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送到中心 pc 機(jī)上。2、分析：所設(shè)計(jì)的體檢計(jì)要求能夠完成四項(xiàng)基本任務(wù)：測(cè)量身高測(cè)量體重在顯示屏上顯示測(cè)量結(jié)果將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給pc二、概要設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)大致可分為四個(gè)模塊:（1）鍵盤(pán)控制模塊，用來(lái)發(fā)送啟動(dòng)，終止等控制命令 （2）超聲波測(cè)距模塊,用來(lái)測(cè)量身高（3）壓力測(cè)量模塊,用

2、來(lái)測(cè)量體重（4）led顯示模塊,用來(lái)顯示身高和體重整體方案如下圖所示：at89c52單片機(jī)超聲波測(cè)距模塊壓力感應(yīng)測(cè)量模塊led顯示屏顯示模塊pc機(jī)鍵盤(pán)控制模塊三、硬件設(shè)計(jì)1、超聲波測(cè)距模塊本系統(tǒng)采用at89c52單片機(jī)作為主控制器，超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)需要的40 khz脈沖由單片機(jī)p00發(fā)出，使用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)和控制，超聲波接收使用cx20106a作為接收主控芯片，使用ds18b20作為溫度傳感器進(jìn)行溫度校正。超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)原理圖如下圖所示。超聲波在不同環(huán)境溫度下傳播速度不同，如忽略溫度影響，將影響最終測(cè)量精度。本文介紹的超聲波測(cè)距測(cè)距方法采用渡越時(shí)間檢測(cè)法，使用了ds18b20溫度傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)

3、溫度進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)軟件計(jì)算實(shí)現(xiàn)波速的溫度補(bǔ)償，消除了溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使測(cè)量誤差降低。（1）超聲波的發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)送模塊是由超聲波發(fā)射探頭組成的，單片機(jī)的p00端口直接發(fā)送40 khz的信號(hào)，使用9012三極管做為驅(qū)動(dòng)放大，驅(qū)動(dòng)壓電晶片超聲波換能器產(chǎn)生超聲波，超聲波發(fā)射電路如圖3所示。超聲波發(fā)射子程序的流程是，發(fā)射時(shí)首先裝填計(jì)時(shí)器，并且開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波發(fā)射完畢時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢，并且重新裝填等待下次發(fā)射。（2）超聲波接收電路設(shè)計(jì)在接收電路中使用了紅外線接收處理芯片cx20106a，因?yàn)樗幚淼氖?8 khz的紅外信號(hào)，而40 khz的超聲波信號(hào)和它比較接近，并且cx20106a芯

4、片具有很強(qiáng)的抗干擾能力，這個(gè)芯片的外圍電路很簡(jiǎn)單而且通過(guò)外圍電阻調(diào)節(jié)它的中心處理頻率，通過(guò)改變外圍電路電容的大小也可以改變接收電路靈敏度和抗干擾能力。 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)用單片機(jī)發(fā)40 khz信號(hào)與使用cx20106a的電路搭配更加簡(jiǎn)單合理，使得時(shí)間的計(jì)算更為精確。（3）溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，選擇使用溫度芯片ds18b20作為溫度傳感器。ds18b20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為-55125，在-1085范圍內(nèi)，精度為05。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。ds18b20引腳說(shuō)明如下所示。ds18b20是在一根io線上讀寫(xiě)

5、數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。ds18b20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)如圖6所示，數(shù)據(jù)輸入輸出腳連接到單片機(jī)的p01腳，電源接口接入+5 v的電壓，外加56 k的上拉電阻，因?yàn)閐s18b20是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開(kāi)路，如果ds18b20沒(méi)接電源，則需要數(shù)據(jù)線強(qiáng)上拉，給ds18b20供電；如果ds18b20接有電源，則需要一個(gè)上拉即可穩(wěn)定的工作。由于ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，檢測(cè)的溫度值在內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換

6、，溫度測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)字信號(hào)輸出，單片機(jī)對(duì)由ds18b20輸出的信號(hào)進(jìn)行讀取，經(jīng)過(guò)軟件對(duì)溫度數(shù)字值實(shí)現(xiàn)處理。（4）主電路原理圖該系統(tǒng)主電路原理圖如圖7所示，單片機(jī)采用89c52系列，單片機(jī)使用外部時(shí)鐘源，外接6mhz的晶振，由p00口直接輸出40 khz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給放大電路。接收到回波后，經(jīng)由cx20106的濾波，產(chǎn)生中斷信號(hào)，并由p32口輸出進(jìn)行中斷。2、壓力感應(yīng)測(cè)量模塊壓力傳感器的工作原理，本質(zhì)上是惠斯通電橋，這里采用的是最常見(jiàn)的電阻應(yīng)變片式的壓力傳感器。它得到廣泛應(yīng)用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來(lái)的誤差。膜片上的壓力使得電橋不平衡，從而產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)的輸出信號(hào)，這種結(jié)構(gòu)的基本特性之一

7、是它的差動(dòng)輸出電壓u與偏置電壓u成正比關(guān)系，這種關(guān)系隱含壓力測(cè)量精度直接決定偏置電源的容限值，當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，或則就有電壓輸出同時(shí)，它也能提供一種溫度補(bǔ)償最通用的方法。本實(shí)驗(yàn)研究壓力傳感器電路如圖4.1.1所示，為壓力傳感器的電路，其由三部分組成（1）電源電路部分；（2）電橋電路部分；（3）放大電路部分。 （2）a/d轉(zhuǎn)化電路這里我們選用逐次逼近型，即adc0809。它由單一+5v電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可對(duì)0v5v的輸入模擬電壓信號(hào)分分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100。片內(nèi)具有多路開(kāi)關(guān)的地址譯碼器和鎖存電路、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，2

8、56r電阻t型網(wǎng)絡(luò)和樹(shù)狀電子開(kāi)關(guān)以及逐次逼近寄存器。輸出具有ttl三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上。通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，adc0809可對(duì)0v5v的雙極性模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 實(shí)驗(yàn)電路及接線如下圖示 ：連線連接孔1連接孔21in0壓力傳感器輸出2ad_cscs2 接線框圖 3、led顯示模塊從led數(shù)碼管結(jié)構(gòu)可以看出，不同筆段的組合就可以構(gòu)成不同的字符， 例如當(dāng)筆段a、b、c、d、e、f被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字“0”；又如筆段a、b、c、d、g被點(diǎn)亮就顯示數(shù)字“3”。理論上，七個(gè)筆段可以顯示128種不同的字符。 依據(jù)顯示驅(qū)動(dòng)方式的不同，可將led數(shù)碼顯示電路分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方

9、式。下圖為由p1口輸出的led動(dòng)態(tài)顯示接口電路 在動(dòng)態(tài)顯示方式中，各顯示位筆段引腳adp并聯(lián)在一起，共用一個(gè)筆段代碼鎖存器 (由于單片機(jī)i/o口、i/o擴(kuò)展電路，如8155、8255等大多具有輸出鎖存功能，因而往往不再需要筆段代碼鎖存器)、筆段譯碼器(采用軟件譯碼時(shí)，不需要譯碼器)及驅(qū)動(dòng)器；為了控制各led數(shù)碼管輪流工作，各顯示位的公共端與位譯碼(采用軟件譯碼時(shí)，不需要)、鎖存、驅(qū)動(dòng)電路相連。這樣即可依次輸出每一顯示位的筆段代碼和位掃描碼，輪流點(diǎn)亮各led數(shù)碼顯示管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示目的。可見(jiàn)，在動(dòng)態(tài)顯示方式中，僅需要一個(gè)筆段代碼鎖存、驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)位掃描碼鎖存、驅(qū)動(dòng)器，且硬件開(kāi)銷(xiāo)少。 四、軟件系統(tǒng)

10、流程以及程序的設(shè)計(jì)1、主程序流程圖主程序主要負(fù)責(zé)在接收到啟動(dòng)命令后調(diào)用各個(gè)模塊的功能壓力傳感器測(cè)量體重led顯示身高和體重將測(cè)量結(jié)果發(fā)送至pc機(jī)是否結(jié)束?結(jié)束開(kāi)始是否啟動(dòng)？超聲波傳感器測(cè)量身高待添加的隱藏文字內(nèi)容32、超聲波測(cè)距模塊首先是初始化，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。并由p0.0腳發(fā)出40khz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)打開(kāi)int0中斷，并且開(kāi)始等待接收到的回波和中斷信號(hào)，若接收到回波(單片機(jī)接收到中斷信號(hào))，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，保存時(shí)間信息，并且根據(jù)溫度補(bǔ)償計(jì)算出當(dāng)前環(huán)境下的聲速，計(jì)算出當(dāng)前待測(cè)距離后儲(chǔ)存，并調(diào)用顯示子程序。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制bcd碼方式傳送到led顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。外部中斷入口點(diǎn)讀取時(shí)間讀取溫度計(jì)算距離停止計(jì)時(shí)器中斷返回3、壓力測(cè)量模塊4、led顯示5、源程序（部分）;超聲波接受程序（外部中斷0中斷處理）：push pswclr tr0clr et0clr ex0mov testok,1 ;表示接受成功pop pswreti;超時(shí)清除程序（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0中斷處理子程序）push pswclr ex0clr tr0clr et0mov testok,1;接受超時(shí)pop pswreti;讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果：read adc0809:mov dptr, #adc0809mov a, #0movx dptr, a ; 啟動(dòng) a/dmov