基于單片機的測距儀的設(shè)計

1、本科畢業(yè)論文(設(shè)計)題目：基于單片機的測距儀設(shè)計學(xué)生姓名：張學(xué)武學(xué)生編號。201211020226專業(yè)類：電信類12102講師：蔡建華曾高俅完成時間：2015年5月目錄摘要1導(dǎo)言21視圖21.1研究背景22設(shè)計要求33設(shè)計方案3演示3.3超聲波測距原理54設(shè)計總體方案64.1總體設(shè)計思路64.2顯示部分64.3關(guān)鍵部分6硬件電路75.1功能和原則75.2資源分配85.3超聲波傳輸電路85.4超聲波接收電路85.6復(fù)位電路115.7外部時鐘125.8按鍵電路125.9報警電路125.10溫度檢測電路135.11顯示接口電路146軟件設(shè)計156.1主要程序流程圖156.2超聲波傳輸流程圖166.3

2、液晶顯示流程圖166.4溫度讀數(shù)流程圖177系統(tǒng)模擬187.1模擬電路圖187.2模擬結(jié)果的輸出188結(jié)論和展望20謝謝你20參考文獻20附錄21基于單片機的測距儀設(shè)計電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)：張學(xué)武講師：蔡建華曾高俅本文設(shè)計了一種基于at89c52單片機的超聲波測距儀。概述了超聲波檢測的發(fā)展和基本原理，介紹了超聲波傳感器的原理和特點。超聲波檢測通常方便、快速、計算簡單且易于實時控制。該系統(tǒng)主要由蜂鳴器模塊、超聲波發(fā)送模塊、超聲波接收模塊和顯示模塊組成。超聲波傳感器用于感應(yīng)前方物體，超聲波傳感器由單片機發(fā)送和接收對聲信號進行分析計算，最后將處理結(jié)果顯示在液晶顯示器1602上關(guān)鍵詞：at89c52

3、單片機、超聲波、液晶顯示單元、溫度補償測距儀的設(shè)計基于單片機的電子和信息科學(xué)與技術(shù)候選人：張顧問：蔡建華曾高俅本文設(shè)計了一種以at89c52單片機為核心控制單元的超聲波測距儀，概述了超聲波檢測的發(fā)展和基本原理，介紹了超聲波傳感器的原理和特點。超聲波檢測的使用往往更加方便、快捷、簡單，易于實現(xiàn)實時控制。該系統(tǒng)由4個模塊組成：蜂鳴器模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊和顯示模塊。超聲波傳感器用于感應(yīng)前方物體，超聲波傳感器的發(fā)射和接收由單片機進行發(fā)射和接收。對聲學(xué)信號進行分析和計算處理，最后將處理結(jié)果顯示在lcd1206顯示屏上。關(guān)鍵詞：at89c52單片機，超聲波，液晶顯示單元，溫度補償介紹超聲波

4、因其方向性強、能量損耗慢、在介質(zhì)中傳播距離長等優(yōu)點，常被用于距離測量。例如，測距儀和液位計都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲波檢測往往快速、方便、計算簡單、易于及時控制，并且在測量精度上能夠滿足工業(yè)應(yīng)用的要求，因此在移動機器人的開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用1。單片機是集微處理器、存儲器、輸入輸出接口、定時器/計數(shù)器、串行接口和中斷系統(tǒng)于一體的微型計算機。單片機近十年來發(fā)展迅速，經(jīng)歷了4位機、8位機、16位機和32位機等幾個有代表性的發(fā)展階段。本文詳細(xì)介紹了超聲波測距的原理和結(jié)構(gòu)。發(fā)送信號時，定時器開啟，中斷0。當(dāng)接收到發(fā)射的超聲波信號時，計時器中斷0記錄的時間是超聲波通過測距儀傳播到前方物體的往返時間。公式為

5、s=tv/2 (v為超聲波傳播速度，本設(shè)計設(shè)定值為340米/秒)，距離值s由單片機處理得到，由lcd1602顯示。1概述1.1研究背景超聲波是指頻率在20khz以上的聲波，屬于機械波領(lǐng)域。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)界面的反射和折射，以及被介質(zhì)吸收后的衰減。由于這些特性，超聲波可以用于距離測量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們的日常工作和生活中，如探傷技術(shù)、清洗技術(shù)、測距技術(shù)等。超聲波測距主要用于汽車倒車?yán)走_、建筑工地和一些工業(yè)場所，如測量液位和深度。1.2研究的意義因為超聲波測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測物體顏色等的影響。它比其他儀器

6、更衛(wèi)生，更耐潮濕、灰塵、高溫和腐蝕性氣體等惡劣環(huán)境，對黑暗、灰塵、煙霧和電磁干擾等惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)性。它具有維護量少、無污染、可靠性高、壽命長的特點。可廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品(酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、乳制品)、防洪、水文、明渠、空間定位、公路限高、物位測量、車輛自動導(dǎo)航、物體識別與定位、車輛安全駕駛輔助系統(tǒng)、甚至地形檢測等諸多領(lǐng)域。距離精度可在不同環(huán)境下在線校準(zhǔn)，可直接用于水、酒、糖、飲料等的液位控制。并且可以設(shè)置差值來直接顯示各種液位罐的液位和料位高度。因此，空氣中的超聲波測距被廣泛應(yīng)用于特殊環(huán)境中。超聲波檢測往往快速、

7、方便、計算簡單、易于實現(xiàn)實時控制，在測量精度方面能夠滿足工業(yè)和實際指標(biāo)的要求。為了使移動機器人主動行走以避開障礙物，需要裝備一個測距系統(tǒng)來實時獲取障礙物的位置信息(距離和方向)。因此，超聲波測距已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動機器人的研究中。同時，由于這些優(yōu)點，超聲波測距系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于汽車倒車?yán)走_的開發(fā)4。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近十年來，國內(nèi)研究者對超聲回波信號處理方法的研究已經(jīng)非常成熟，但作為超聲檢測和定位的關(guān)鍵技術(shù)，仍將是一個重要的研究方向5。國內(nèi)超聲波測量主要集中在010 m固體和液體的測量，一般測量精度高，回波穩(wěn)定。近年來，隨著超聲波技術(shù)研究的深入，超聲波技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、建筑工程測

8、量和機器人視覺識別等各個工業(yè)領(lǐng)域。2設(shè)計要求1.硬件設(shè)計：超聲波測距儀采用at89c51單片機和超聲波模塊設(shè)計。主要模塊有：單片機最小系統(tǒng)、超聲波收發(fā)模塊、溫度補償模塊和報警模塊。2.軟件設(shè)計：采用keil c51設(shè)計系統(tǒng)軟件，完成在線調(diào)試。軟件設(shè)計的主要模塊包括：超聲波測量與顯示、1602初始化、溫度傳感器溫度測量和延時程序。要達到的技術(shù)指標(biāo)：探測距離為2厘米-450厘米。3設(shè)計方案論證3.1設(shè)計方案方案1 :以s3c2410為核心，實現(xiàn)芯片對其外圍電路的及時控制，并對其進行編程，提供外圍電路所需的各種信號，包括頻率振蕩信號、數(shù)據(jù)處理信號和解碼顯示信號等。從而大大簡化了外圍電路的設(shè)計難度，同

9、時，更重要的是，該設(shè)計方案大大節(jié)省了設(shè)計成本，并且由于采用了軟件編程技術(shù)，因此具有更好的可移植性。頻率約為40千赫的超聲波在空氣中傳播的效率最好，發(fā)射的超聲波被調(diào)制到約40千赫，并且脈沖波信號以一定的間隔被調(diào)制6。方案2 :采用cpld控制d控制超聲波測距儀，主要用vhdl(超高速集成電路硬件描述語言)編寫軟件程序，用max plus軟件模擬調(diào)試軟硬件設(shè)計，最終實現(xiàn)測距功能。采用這種方案的優(yōu)點是在超聲波測距儀的設(shè)計中使用了max7000s系列的cpld器件epm7128slc84-15，其最高頻率可達175.4兆赫，可用于組合邏輯電路、時序邏輯電路、算法、雙端口隨機存儲器等的設(shè)計。充分利用其1

10、28個宏單元和68針可編程輸入輸出端口，使該裝置集分頻功能、計數(shù)功能、顯示編碼功能和振蕩功能于一體。由于其平均延遲，它確保了測距結(jié)果的高精度和快速響應(yīng)速度。該方案的缺點是需要一個現(xiàn)場可編程門陣列、一個雙端口隨機存取存儲器和一個可編程只讀存儲器來存儲波形數(shù)據(jù)，設(shè)計成本高。同時，利用硬件描述語言在現(xiàn)場可編程門陣列中編寫程序，實現(xiàn)硬件電路功能。由于epm7128slc84-15算法復(fù)雜，軟件實現(xiàn)時編程也很復(fù)雜7。方案三：單片機控制的超聲波測距儀首先通過單片機產(chǎn)生信號，然后通過信號線將信號引入與超聲波發(fā)射器相連的信號引腳，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，并在發(fā)射的同時開始計時。超聲波在空氣中傳播，在

11、途中遇到障礙物時立即返回，超聲波接收器在接收到反射波時立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒。根據(jù)計時器記錄的時間t，發(fā)射點與障礙物之間的距離可計算為s=vt/2。3.2方案論證方案一可實現(xiàn)自動測距和實時顯示功能，集探傷、測距等多種功能于一體，所有操作、處理和顯示均數(shù)字化；并且操作簡單。使用方便，所有功能都有按鍵控制；測量快速準(zhǔn)確，結(jié)果直觀。儀器僅依靠電池供電，具有低功耗模式；體積小，攜帶方便。方案3硬件簡單，易于實現(xiàn)，測距范圍適中。系統(tǒng)軟件采用合理的算法，提高了測量精度，具有良好的應(yīng)用價值。另外，它所使用的51系列單片機含有閃存，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以反復(fù)擦除；采用靜態(tài)時鐘模式可

12、以節(jié)約電能；支持isp(在線編程)，您可以擦除程序，而無需將單片機從電路板上取下；晶振頻率高達24m，更快更便宜；增加了看門狗電路，防止程序“飛走”，使其更加安全可靠。與第二種方案相比，第三種方案采用單片機，編譯語言用c語言實現(xiàn)，因此比較簡單。3.3超聲波測距原理超聲波由超聲波發(fā)射器發(fā)射，根據(jù)接收器接收超聲波時的時間差可以知道距離。這類似于雷達測距原理8。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，發(fā)射超聲波時開始計時，途中遇到障礙物時立即返回，當(dāng)超聲波接收器接收到反射波時停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒。根據(jù)計時器記錄的時間t，發(fā)射點與障礙物之間的距離可以計算如下：s=vt/2由于超聲

13、波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，附表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用中，如果溫度變化不大，可以認(rèn)為聲速基本不變。如果測距精度很高，應(yīng)通過溫度補償進行校正。其中v為超聲波在空氣中的傳播速度，0時為331米/秒，25時為347米/秒它與環(huán)境溫度t的關(guān)系見表3.3:表3.3溫度和聲速的變化-30-20-100102030100聲速(米/秒)3133193253233383443493864.設(shè)計總體方案4.1總體設(shè)計思路根據(jù)課題的要求，在仔細(xì)考慮各種因素后，制定了以at89c51單片機為控制核心的：總體方案，由超聲波發(fā)射與接收模塊、兩個按鈕、蜂鳴器、led顯示器和溫度傳感器組成的報警電路組成，構(gòu)成一個由單片機最小系統(tǒng)控制的超聲波測距儀。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)機器最.小系統(tǒng)系列超聲波傳輸液晶顯示器超聲波接收打電話報警溫度傳感器圖4-1系統(tǒng)框圖4.2顯示部分方案一：數(shù)碼管顯示，因為本課題要求實時顯示距離和溫度，但數(shù)碼管不能顯示字符。方案二：發(fā)光二極管點陣顯示。雖然發(fā)光二極管點陣顯示器可以顯示數(shù)字和字符，這是顯而易見的效果不好，編程也不容易。方案三：液晶顯示器，不僅可以顯示文字和數(shù)字，而且效果好，容易實現(xiàn)。經(jīng)過比較，選擇第三種方案作為顯示電路。4.