基于單片機的超聲波測距系統設計學士學位論文(完整版)

　　

【正文】 位電路 (1)單片機 STC90C52 作為主控芯片，控制整個電路的運行。 數 據顯示模塊 顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數碼管，斷碼用 74LS244 驅動，位碼用 PNP三極管 9012 驅動。由于 在 常溫下 超聲波 在空氣中的傳播速度 大 約為 340 m/s，所以障礙物到發射探頭之間的距離為： (31) 因為 單片機內部定時器的計時實際上 就 是對機器周期 T的計數， 而本 設計中時鐘頻率 fosc取 12 MHz，設計數值 N，則 ： (32) (33) (34) 在程序中按 式 (34)計算距離。 CX20xx6A 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。 圖 實 物 圖 電氣參數 ： 理工大學學士論文 18 電 氣 參 數 HCSR04 超 聲 波 模塊 工作電壓 DC 5 V 工作電流 15mA 工作頻率 40Hz 最遠射程 4m 最近射程 2cm 測量角度 15 度 輸入觸發信號 10uS 的 TTL 脈沖 輸出回響信號 輸出 TTL 電平信號，與射程成比例 規格尺寸 45*20*15mm 超聲波時序 圖： 圖 超 聲 波 時序圖 以上時序圖表明你只需要提供一個 10uS 以 上 脈沖觸發信號，該模塊內部將 發出 8 個 40kHz 周期電平并檢測回波 。所以系統最小測量約為 112mm； 程序流程圖如圖 理工大學學士論文 21 圖 主程序 流程 圖 開始設置定時器工作方式及初值允許 T 0 T 1 中斷 ， 開啟定時器 1 ， 開啟總中斷計算距離超出測距范圍檢測到反射信號結束是否是否理工大學學士論文 22 系統主程序如下： void main( void ) { TMOD=0x11。 //開啟定時器 1 EA=1。 TH0=0。 disbuff[2]=S%1000%100/10。 //關閉千位數碼管 SMG_b=0。 //加入短暫延時 P0=0XFF。 /*******************定時器 1 溢出 **********************/ void timer1(void)interrupt 2 using 1 {TR1=0。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 軟件調試 系統軟件程序在編寫好之后，可通過編譯軟件對程序進行編譯，變成可執行的目標文件。 第四步：點擊 download/下載。這使我們意識到，任何一件產品的產生，都不是單一知識所能實現的。 理工大學學士論文 31 致 謝 經過 兩個多月 的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個 本科生的畢業設計 ，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學們的支持，想要完成這個設計是 非常困難 的。 control requires a certain preload, prone to friction。特別是 他每周都會 詢問 我的 寫作進程， 檢查我所查找的資料，并對這些資料進行評價，有不足之處他會不厭其煩的為我指出來， 并為我指點迷津，幫助我開拓思路，精心點撥，熱忱鼓勵。必須有一個嚴謹的態度，加上 100％的努力才有可能獲得成功的喜悅。 第六步：斷電后連上測距模塊，接通電源測試結果是否符合設計要求。所有子程序和中斷程序調試完 成后，應把主程序與它們連接在一起 進行整體調試，檢查各模塊間的相互影響，是否會出現交叉錯誤。 _nop_()。 _nop_()。 理工大學學士論文 26 _nop_()。 TL1=0x30。 //關閉十位數碼管 SMG_g=0。 //查找定義好的數碼管段值與 P0 口輸出， delay()。 } } 顯示程序 void display(){ unsigned char i=0。 S=(time*)。 //當 RX 為零時等待 TR0=1。 TL0=0。由此通過發射信號到收到的回響信號時間間隔理工大學學士論文 19 可以計算得到距離。超聲波接收電路如圖 所示。 超聲波發射電路設計 超聲波發射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。顯示電路如 圖： 圖 顯示電路 超聲波發射和接收電路設計 超聲波是一種 振動 頻率超過 20 kHz 的機械波， 它 可以 沿直線 方向 傳播， 而且傳播的 方向性好，傳播 的 距離 也 較遠，在介質中傳播時 遇到障礙物在入射到它的反射面上就會產生反射波 。為可靠起見，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。傳感器輸入端與發射接收電路組成超聲波測距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機相連接，單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。 為了弄清單片機的工作原理，現以如下的 Y=5+10 求和程序來說明單片機的工作過程。 理工大學學士論文 11 表 指令的三種形式 指令的二進制形式 指令的十六進制形式 指令的匯編形式 01110100 data1 74 data1 MOV A,data1。串行 I/O 用于串行通信，它可以把單片機內部的并行 8 位數據 (8 位機 )變成串行數據向外傳送，也可以串行接收外部送來的數據并把它們變成并行數據送給 CPU 處理。 RAM 主要用來存放實時數據或作為通用寄存器、數據堆棧和數據緩沖器之用。由于單片機主要在控制系統中使用，因此一旦該系統研制成功，其硬件和應用程序均已定型。s,乘法指令為 4181。為此，在分析單片機工作原理前，先對圖 中各部件作一基本介紹是十分必要的 。接收裝置對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性 。 超聲波傳感器 超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電陶瓷晶片制成，具有可逆特性。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為歷害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。針對這一矛盾，金元郁 ]17[ 等提出步進電機驅動單套小波束角傳感器做扇形掃描的方法，即步 進電機每轉過一個步距角 [1]，測距系統便在當前的角度上測取一個距離信息，結合當前的掃描角度，就得到 了一個較為精確，而且兼有距離、方向的位置信息。 （ 4）超聲波旁瓣影響 接收傳感器在超聲波發射結束后接收到的第一個波一般是串擾直通波。 （ 2）回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數規律衰減 回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數規律衰減，使得接收傳感器接 收到的回波信號隨著測量距離的增大而大幅減小，給回波前沿的準確定位帶來困難，造成測量精度降低。因此可廣泛應用于紙業、礦業、電廠、化工業、水處理廠、污水處理廠、農業用水、環保檢測、食品（酒業、飲料業、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路 限高等行業中。理工大學學士論文 1 1 緒 論 課題背景 傳感器技術是現代信息技術的主要內容之一。 課題研究意義 由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響， 較其它儀器更衛生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。常溫下，超聲波的傳播速度為 340m/s，溫度每升高 1℃ ，聲速增加約為 m/s，因此超聲波測距中一般采用溫度補償的方法，即在數據處理中對超聲波傳播速度進行實時溫度補償。郗曉田提出通過減小電容上電壓最大值 U 的初值來加速余振衰減的方法，也可在一定程度上減小盲區。然而如果采用小波束角探測器，可以滿足分辨能力的需要，但探測范圍很難滿足要求。對于同一介質，聲波的頻率越高，介質吸收就越強。由于聲波振動引起附加壓力現象叫聲壓作用。 超聲波是指振動頻率大于20xx0Hz 以上的 ,其每秒的振動次 數（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（ 20xx0Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。經分析和大量實驗表明，頻率為 40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發射的超聲 波被調制成具有一定間隔的調制脈沖波信號限制該系統的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅 度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收裝置的靈敏度。 理工大學學士論文 8 中 央 處 理 器 （ C P U ）R A M并 行 I / O 接 口R O M串 行 I / O 接 口時 鐘 系 統 定 時 器 / 計 數 器外 部 元 件內部總線復 位中 斷電 源TT X DR X D 圖 單片機內部結構 由圖 可見，中央處理器 (CPU)是通過內部總線與 ROM、 RAM、 I/O 接口以及定時器 /計數器相連的，這個結構并不復雜，但并不好理解。 51 系列單片機的 ALU 提供了豐富的指令系統和極快的指令執行速度，大部分指令理工大學學士論文 9 執行時間位 1181。存儲器結構分為獨立的兩部分：數據存儲器 （ RAM） 和程序存儲器 (ROM) (1)ROM ROM(Read Only Memory，只讀存儲器 )一般為 64KB，用于存放應用程序，故又稱為程序存儲器 。 理工大學學士論文 10 (2) RAM 通常，單片機片內 RAM(Random Access Memory， 隨機存取存儲器 )容量為 64～ 256字節，最多可達 48K 字節。 4. I/O 接口和特殊功能部件 I/O 接口電路有串行和并行兩種。其格式為： 操作碼 地址碼 指令碼的二進制形式既不便于記憶，又不便于書寫，故人們通常采用助記符形式來表示，表 所列。通常，設計人員采用指令的匯編符 (即助記符 )形式編程，這種程序設計稱為“匯編語言程序設計”。如圖 所示 理工大學學士論文 12 超聲波測距發射電路電源電路 顯示電路ST C 90 C 52 單片機超聲波接收電路 圖 超聲波測距原理圖 該測距裝置是由超聲波模塊、單片機、和 LED 顯示電路組成。單片機外圍需要一個復位電路，復位電路的功能是 ：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定后，撤消復位信號。 由 P0 口輸出顯示數據， ~ 用來位選。 由于條件限制，本設計采用了價格便 宜使用方便的HCSR04 超聲波測距模塊。 CX20xx6A 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。 一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號 ， 回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比 。 //設 T0 為方式 1， GATE=1； TH0=0。 //開啟總中斷 while(!RX)。 TL0=0。 disbuff[3]=S%1000%10 %10。 //選擇百位數碼管 P0=discode[disbuff[1]]。 //清除數碼管顯示，因是共陽型，所以不是 0 理工大學學士論文 25 SMG_s=1。} /********************************************************/ void zd3() interrupt 3 //T1 中斷用來掃描數碼管和計 800MS 啟動模塊 { TH1=0xf8。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。軟件的調試順序是子程序 —— 中斷程序 —— 算法模塊 —— 主程序。 第五步：給單片機系統上電。而且在電路的設計和程序的編制過程中，出現了很多意想不到的錯誤，讓我們措手不及，有些甚至是一些非常低級的錯誤，但是這些錯誤也同樣讓我們獲益非淺，它使我們意識到，研究是一個非常嚴肅的過程，來不得半點馬虎。 本 設計 從選題的確定 、說明書 的寫作、修改到最后定稿得到了我的 導師 老師 的悉心指導。 tendon layout prone coupling torque and motion. These factor