超聲波測距設計畢業設計-免費閱讀

　　

【正文】 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW0,5,S%100/10 +39。 while(Echo_bit) 。 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW1,10,0xdf) 。 unsigned temp=0 。 同時我還要感謝和我 一起做畢業設計的同學，在畢業設計的短短幾個月里，給了我不少的幫助和支持，提出了許多寶貴的意見，正因為如此，我才能成功地完成畢業設計。另外加上環境溫度、氣流等的影響，使超聲波測距系統受到干擾尤為嚴重。超聲波測距系統的核心單片機采用 STC12C5A60S2，晶振為 12MHz。 這是由于目前多數使用晶體振蕩器。 觸發誤差 由于被測信號經放大、整形，門控在產生“開門脈沖”和“ 關門脈沖”中，噪聲信號、干擾信號的摻入，使觸發的時間可能提前或滯后，給測量結構帶來了隨機誤差，該誤差與信號的觸發波形有很大關系。 系統軟件調試方法及過程 軟件的調試是運用模塊化調試，通過觀察存儲單元數據的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯誤，具體的調試步驟如下： （ 1）把系統的各個模塊在仿真軟件中逐個調試，如中斷模塊、顯示模塊、超聲波發射和接收模塊等。檢測和修改完成后，為下一步通電檢測排除了短路的危險和由于虛焊引起的檢測結果不真實的麻煩。這樣不但方便電路調試、及時發現問題，而且在這個硬件電路焊接完成的同時系統硬件的調試工作也就完成了。系統 開始先顯示溫度，然后顯示所測距離。所以必須對溢出中斷進行相應的設置才能使得單片機正常工作。將所測量的距離與當前環境的溫度進行顯示。 程序中對測距距離的計算方法是按 S=N(+ temp)/20210(cm)進行計算的，其中， N為計數器的值， temp 為當前環境溫度，聲速的值取為 (+ temp)m/s。 LM7805 是用來穩壓的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 DS18B20 溫度傳感器有以下特點： 全數字溫度轉換及輸出。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優點，與數碼管相比，顯得更專業、美觀。 HCSR04 超聲波集成模塊采用的是 I/O 觸發測距，給至少 10μ s的高電平信號。 CX20216A 芯片的 5 腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進行調節，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場對芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。超聲波發射換能器與接收換能器其結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。金屬板的中心有圓錐形振子，發送超聲波時，圓錐形振子 有較強的方向性，因而能高效率地發送超聲波 。 壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。 單片機最小系統電路圖如圖 32 所示。 當單片機從外部程序存儲器取指令或常數時，每個機器周期內輸出 2 個脈沖即兩次有效，以通過數據總線 P0 口讀回指令或常數。在訪問 8 位地址的外部數據存儲器時， P2 引腳上的內容在此期間 西安工程大學本科畢業設計（論文） 13 不會改變。 （ 3） 復位引腳 RST（ 9） 當振蕩器運行時，只要有有兩個機器周期即 24 個振蕩周期以上的高電平在這個引腳出現時，那么就將會使單片機復位，如果將這個引腳保持高電平，那么51單片機芯片就會循環不斷地進行復位。本章節將詳細介紹各模塊的電路結構與功能。 溫度 測量傳感器選擇 溫度模塊主要用于該系統設計的溫度補償功能，根據所采集的溫度 數據來修正 測距系統 中 的聲速 。 在超聲波測量 系統中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多 。 （ 4）單片機的功耗。 同時，單片機的選擇也至關重要。 西安工程大學本科畢業設計（論文） 8 控 制 模 塊S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2超 聲 波 發 射 電 路超 聲 波 接 收 電 路溫 度 測 量 模 塊顯 示 模 塊報 警 模 塊圖 22 超聲波測距系統硬件框圖 本設計由 Keil 編程軟件對單片機進行編程 ，單片機在執行程序后由 I/O 口產生 40kHz 的脈沖信號通過 74LS04 電路進行放大并送到到超聲波發射探頭，產生超聲波。 表 21 不同溫度下的超聲波波速 溫度 T/℃ 30 20 10 0 10 20 30 聲速 v/m 相位差法與脈沖回波法的不同，主要體現在對回波的處理方式上，由超聲波換能器的接收端獲得調制聲波的回波，經放大電路轉換后，得到與放大的相位完全相同的電信號，此電信號放大后與聲源的驅動電壓相比較，測得兩個正弦電壓的相位差，根據所測相位差就可算得所測距離。測試傳輸 時間可以得出距離。 第 5 章 系統調試與結果分析。 論文構成分為五章，每一章的主要內容如下： 第 1 章 緒論。這使得我國在超聲波測距系統的性能以及精度等方面都有很大的提高。 隨著機器人技術在其誕生幾十年后得到迅猛的發展，機器人的應用范圍也逐步從軍事行業走向工業成產以及人們的生活。 超聲波測距電路可以由傳統的模擬 電路 或者數字電路構建，但是基于這些傳統電路 所 構建的系統往往可靠性差，調試困難，可擴展性 較 差，所以 目前 基于單片機的超聲波測距系統被廣泛的應用。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式，所具有的高效能在材料化學中起到光 、力、 電 、熱等方法所無法達到的作用。 超聲波是指頻率在 20KHz～ 106KHz 的機械波，在空氣中的傳播速度 約 為340m/s，波長為 ～ 10cm。 西安工程大學本科畢業設計（論文） I 摘 要 傳感器技術是現代信息技術的主要內容之一，信息技術主要包括計算機技術、通信技術和傳感器技術，傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節，比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、壓力傳感器等等，其中超聲波傳感器在測量方面有著廣泛、普遍的應用。 它 有兩種 形式：橫向振蕩及縱向振蕩。近年來，隨著超聲波技術的日益發展與 日趨 成熟，其在 新型 材料合成、化學反應、傳遞過程的強化以及 污水 廢水處理等領域都 取 得了廣泛的應用。通過簡單 的外圍電路 實現產 生和接收超聲波 的功能 ，單片機通過采樣 測 取 得 到超聲波 的 的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環境溫度進行測距補償，其測量電路 具有精 巧，精度高，反映速度快，可靠性好 等優點 。 由于工業機器人的自動測距、機械加工自動化等方面的需求， 機器人通過感知系統察覺前方障礙物以及周圍環境來實現繞障﹑自動尋線﹑測距等功能的需要，這使得超聲波測距方面的技術 得到很大的發展。隨著超聲波回波信號處理方法的不斷完善，如何研發新型、高性能超聲波換能器以進一步拓寬超聲波測距的應用空間，作為解決超聲波測距系統不足的根本手 段，越來越受到國內學者關注。包括課題的背景， 國內外研究現狀 ，研究內容與方法，論文內容說明等。對系統進行調試 ,對硬件與軟件調試進行分析 以及對誤差進行分析。 超聲波發射器以與水平方向成θ角度對外發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到返回波就立即停止計時。 采用相位比較法時，測距精確度有了很大的提高，但這種方法本身存在明顯的缺陷。s1 313 319 322 331 337 344 350 所以， 本次 設計 我們考慮 到 溫度補償，以使我們的設計更加精確。 由超聲波測距時序圖可以看出，超聲波測距模塊的發射端在 T0 時刻發射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數。目前，市面上的單片機的種類繁多，并且他們在功能方面也是各自有各自的特點。例如，如果信號線取電只能提供幾 毫安 的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個時候選用 STC 的 單片機是最合適的。頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大，檢測距離越短，分辨力也變高。 常用的溫度采集元器件為熱敏電阻和 DS18B20 數字溫度傳感器。 單片機控制模塊 STC12C5A60S2 單片機 STC12C5A60S2 單片機 是 高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051，但速度快 812 倍。復位后的 P0口至 P3口均置于高電平，這時程序計數器和特殊功能寄存器將全部清零。 P3 口 （ 10～ 17） 也是一個帶內 部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口能驅動4個 LSTTL 負載，這 8個引腳還用于專門的第二功能。但在訪問片外數據存儲器時， PSEN___________ 西安工程大學本科畢業設計（論文） 14 將不會有脈沖輸出。圖 32 單片機最小系統電路圖 超聲 波測距模塊 超聲波傳感器介紹 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，為此，利用超聲波的這種性質就可制成超聲波傳感器。它有兩個壓電晶片和一個共振板。接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以能產生高效率的高頻電壓。 超聲波發射電路 超聲波發射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。 CX20216A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而 且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設計的要求。另外，此模塊可以自動發送 8 個 40kHz 的方波脈沖，并能夠自動檢測是否有信號返回，如果檢測到有信號返回則通過 I/O口輸出高電平，高電平的持續時間就是超聲波從發射到返回所用的時間，則所測量的距離 =（高電平時間聲速） /2。使用時，可將 P0與 LCD的數據線相連， P2 口與 LCD 的控制線相連，如圖 37所示。 單總線數據通信 以上兩個特點使得本次設計中，溫度可以測得相對較精確的溫度值，超聲波測距更為準確，同時單總線的數據通信方式也有 效地簡化了硬件設計的接線。由其組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 該系統主程序需調用以下子程序： （ 1）系統初始化子程序。 （ 5）判斷報警子程序。同時由于電路的測量距離有限最 遠為 5 米，當測量距離超出 5米時，接收探頭就不能檢測回波，即不能產出外部中斷更不可能關閉定時器。當距離在 10 厘米到 5 米之間時，則顯示所測距離；當所測距離不在這個范圍之內時，就會顯示 Error，接著返回主程序。 軟件調試步驟是先對各個模塊進行單獨測試。 上電測試 由于系統中各模塊的電源電壓均要求為＋ 5V，所以可同時直接將＋ 5V 直流電源接入系統中。 （ 2）對各個需要賦值模塊調試時，賦入初值，單步調試，觀察仿真器窗口，看輸出結果是否為設計時想要的結果。 超聲波回波聲強影響 超聲波回波聲強與被測物的距離有直接的關系。晶體振蕩器的穩定度和準確度為百萬分之 20 到百萬分之 50級別，對于音速而言，其帶來的誤差在 mm級。外圍電路由超聲波發射電路、超聲波接收電路、報警電路、顯示電路、電源電路和測溫電路六部分組成的系統。系統抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個方面著手。 還有我的舍友和身邊的朋友，正是在這樣一個團結友愛、相互促進的環境中，在和你們的相互幫助中，我才能夠順利的完成畢業設計和學業。 DS18B20_info g 。 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW1,11,39。 西安工程大學本科畢業設計（論文） 37 TR0=0。039。)。 TR0=1 。 lcd1602AddressWriteString(LCD1602_ROW1,0,Tem:)。 unsigned long S=0 。 西安工程大學本科畢業設計（論文） 33 致 謝 首先，我要感謝我的指導老師武衛強老師在畢業設計和撰寫論文的過程中對我給予的指導和嚴格要求，從選題到查閱資料，開題報告的書寫，中期論文的書寫以及格式調整，后期畢業答辯等各個環節都給予了我悉心的指導和幫助，在此謹向武老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。由于超聲波測 距儀測量的距離比較小，故采用 HCSR04超聲波傳感器作為發射和接收裝置，雖然也存在一定的自身干擾，但是比發射與 西安工程大學本科畢業設計（論文） 32 接收采用一只壓電陶瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。超聲波測距的原理是利用超聲波的發射和接收，根據超聲波往返的時間來計算出距離。 （ 2）計時器本身的誤差。超聲波頻率高 對探測較小目標有利，有效反射目標應大于至少 10 個波長以上，對于非垂直于發射波束的目標 ，大波束角的傳感器通常可以獲得更強的回波信號，而波束角越窄對減小散射波的干擾越有利。檢測溫度傳感器是否能正常運行。同時，這個方法也可以檢測出電路中短路的部分。硬件電路的調試可分為各模塊的調試和系統電路的調試，最為妥當的方法就是在調試好一個模塊后，在這個基礎上再進行下一個模塊電路板的焊接與調