基于AT89S51單片機(jī)超聲波測(cè)距儀器設(shè)計(jì)

基于AT89S51單片機(jī)超聲波測(cè)距儀器設(shè)計(jì)01一、總體設(shè)計(jì)三、軟件設(shè)計(jì)二、硬件設(shè)計(jì)參考內(nèi)容目錄030204內(nèi)容摘要隨著科技的不斷發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，其中超聲波測(cè)距作為一種非接觸式的測(cè)量方法，具有精度高、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。本次演示介紹了一種基于AT89S51單片機(jī)超聲波測(cè)距儀器的設(shè)計(jì)。一、總體設(shè)計(jì)一、總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由AT89S51單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、溫度補(bǔ)償電路、顯示電路等組成。二、硬件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)1、單片機(jī)本設(shè)計(jì)選用AT89S51單片機(jī)作為主控制器，它具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，其內(nèi)部資源豐富，包括2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)全雙工串口、128字節(jié)的SRAM等。AT89S51單片機(jī)通過串口接收上位機(jī)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作。2、超聲波發(fā)射電路2、超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路主要由逆變器、功率放大器和電聲轉(zhuǎn)換器組成。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，放大后傳輸?shù)诫娐曓D(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為聲波，再由發(fā)射傳感器向外發(fā)射。其中逆變器選用了一款小功率三相變換器芯片77H。該芯片內(nèi)置逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端口和逆變器輸入信號(hào)端口，可以方便地實(shí)現(xiàn)逆變器的工作。2、超聲波發(fā)射電路功率放大器選用了一款音頻功率放大器芯片TDA2030A，它具有低失真度、低噪聲等特點(diǎn)，可以提供足夠的功率驅(qū)動(dòng)電聲轉(zhuǎn)換器。電聲轉(zhuǎn)換器選用了一款壓電陶瓷蜂鳴器，其頻率范圍為20kHz～200kHz，可以滿足超聲波的發(fā)射需求。3、超聲波接收電路3、超聲波接收電路超聲波接收電路主要由前置放大器、濾波器、峰值檢測(cè)器和單片機(jī)接口組成。前置放大器選用了一款運(yùn)算放大器芯片LM324A，其增益高、帶寬寬，適用于信號(hào)的初步放大。濾波器選用了一款帶通濾波器芯片LC3455，其中心頻率為40kHz，帶寬為2kHz，可以有效地濾除噪聲信號(hào)。3、超聲波接收電路峰值檢測(cè)器選用了一款過零檢測(cè)器芯片LM339A，其輸出信號(hào)為TTL電平，可以直接傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)接口中。單片機(jī)接口選用了一款MAX232芯片，它可以將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平，方便與上位機(jī)通信。4、溫度補(bǔ)償電路4、溫度補(bǔ)償電路由于溫度對(duì)超聲波的傳播速度有一定影響，因此需要對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)選用了一款數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20，它可以測(cè)量-55℃～+125℃的溫度范圍，精度為±0.5℃。DS18B20通過單總線與AT89S51單片機(jī)通信，將溫度值傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，經(jīng)過計(jì)算得到修正系數(shù)，用于修正超聲波測(cè)距的結(jié)果。三、軟件設(shè)計(jì)三、軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件主要包括主程序和中斷服務(wù)程序兩部分。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、上位機(jī)指令的接收和顯示結(jié)果的輸出等操作；中斷服務(wù)程序主要負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)射和接收等操作。主程序采用C語言編寫，中斷服務(wù)程序采用匯編語言編寫。在程序設(shè)計(jì)過程中，需要注意以下幾個(gè)問題：三、軟件設(shè)計(jì)1、發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間的計(jì)算：發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間的長短直接影響到測(cè)距的精度和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間的精確計(jì)算。在發(fā)射過程中，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)并開始計(jì)時(shí)；在接收過程中，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)并記錄下時(shí)間差t。三、軟件設(shè)計(jì)2、溫度補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算：修正系數(shù)需要根據(jù)當(dāng)前溫度值進(jìn)行計(jì)算。本設(shè)計(jì)采用DS18B20芯片測(cè)量溫度值，并將溫度值傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。根據(jù)公式c=c0+α(t-t0)，其中c為當(dāng)前溫度下的聲速值，c0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的聲速值（1年不同月有略微不同），α為空氣中的聲速隨溫度變化的系數(shù)（-5766支）。三、軟件設(shè)計(jì)3、回波信號(hào)的處理：在接收到回波信號(hào)后需要對(duì)其進(jìn)行處理才能得到精確的測(cè)量結(jié)果。本設(shè)計(jì)采用了峰值檢測(cè)器和濾波器的結(jié)合處理方法：在峰值檢測(cè)階段峰值檢測(cè)器可以將信號(hào)中突變位置尋找出來；濾波器可以對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理使回波信號(hào)更加平滑穩(wěn)定。最后通過測(cè)量回波信號(hào)的時(shí)間差來計(jì)算距離值并顯示輸出。參考內(nèi)容內(nèi)容摘要超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究：以AT89S51單片機(jī)為核心引言引言超聲波測(cè)距技術(shù)在許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，例如機(jī)器人導(dǎo)航、自動(dòng)控制、測(cè)量等領(lǐng)域。超聲波測(cè)距系統(tǒng)利用超聲波的傳播特性，測(cè)量兩點(diǎn)之間的距離或者物體的位移。本次演示以AT89S51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)，旨在提高測(cè)距精度和穩(wěn)定性。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀目前，超聲波測(cè)距系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。然而，還存在一些問題需要解決，例如信號(hào)衰減、多徑效應(yīng)、溫度影響等。此外，一些系統(tǒng)的測(cè)距精度和穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步提高。因此，本次演示旨在設(shè)計(jì)一種更加精確、穩(wěn)定的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次演示設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，主要包括超聲波發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理模塊。硬件部分硬件部分超聲波發(fā)射器采用壓電陶瓷晶體產(chǎn)生超聲波，接收器采用高靈敏度的壓電陶瓷晶體接收超聲波。信號(hào)處理模塊包括AT89S51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器和顯示模塊。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，顯示模塊則負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。軟件部分軟件部分軟件部分采用C語言編寫，主要包括以下幾個(gè)模塊：1、系統(tǒng)初始化模塊：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，包括單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器和顯示模塊等。軟件部分2、超聲波發(fā)射模塊：產(chǎn)生一定頻率的超聲波信號(hào)，并通過發(fā)射器發(fā)射出去。3、超聲波接收模塊：接收反射回來的超聲波信號(hào)，并進(jìn)行預(yù)處理。軟件部分4、距離計(jì)算模塊：根據(jù)超聲波的傳播時(shí)間、速度等參數(shù)，計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離。5、系統(tǒng)主程序模塊：循環(huán)執(zhí)行以上各模塊，實(shí)時(shí)更新測(cè)量結(jié)果并顯示在屏幕上。實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的正確性和可行性，我們進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中，我們采用標(biāo)準(zhǔn)距離塊作為參考，對(duì)比本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果和實(shí)際距離，以評(píng)估測(cè)距精度和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)在0.1~1.0米的距離范圍內(nèi)的測(cè)距精度達(dá)到±1%，穩(wěn)定性良好。結(jié)論與展望結(jié)論與展望本次演示設(shè)計(jì)的基于AT89S51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，具有較高的測(cè)距精度和穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的正確性和可行性。相比傳統(tǒng)的測(cè)距方法，本設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)器人導(dǎo)航、自動(dòng)控制、測(cè)量等領(lǐng)域具有