基于单片机的测距仪设计.docx

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1、四川理工学院毕业设计论文基于单片机的测距仪设计QQ:271021773四川理工学院计算机学院-OO九年六月基于单片机的测距仪设计摘要本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距系统。该系统是以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。论文概述了超声波检测的开展及根本原理，介绍超声传感器的工作机理及特性，对影响测距系统的一些主要参数进行了讨论。并且在介绍超声测距系统功能的根底上，提出了系统的总体构成。针对测距系统发射、接收、检测、显示局部的总体设计方案进行了论证。进一步介绍了STC89C52RC单片机在系统中的应用，分析了系统各局部的硬件及软件实现。关键

2、字：单片机；测距仪；超声波；超声波传感器Thedesignofrangefinderbaseonsingle-chipABSTRACTThispaperintroducesamethodbasedonsinglechippulsereflexultrasonicrangingsystem,thissystemcanmeasurethedistancewhichisbasedon(hespeedOfultrasonicandusedthetimedifferenceoflaunchultrasonicandreflectionecho.thispapersummarizesthedevelopm

3、entandbasicprincipleoftheultraonictesting,theworkingmechanismandcharacteristicsoftheultrasonicsensors.thereisadiscussionaboutsomemajorparametersoftheinfluencerangingsystem.basedontheintroducesoftheultrasonicrangingsystemfunction,Theoverallsystemisproposed.accordingtotransmittingandreceiving,detectio

4、n,anddisplaypartofdistancemeasuringsystemsoveralldesgin,theschemesarediscussed.thefurtherintroductionofthispaperistheapplicationofSTC89C52RCsinglechipmicrocomputerinthesystem,andtheanalysisofallthepartsofthesystemhardwareandsoftwarerealization.Keywordsjsinglechip;rangefinder;ultrasonicwave;ultrasoni

5、csensor目录第1章概述O第2章方案论证O2. 1发射电路O3. 2接收电路3第3章超声波简介44. 1超声波的特点及其分类43.3超声波的效应6第4章超声波传感器74.1超声波传感器的种类及其特点74. 2超声波传感器的外形及内部结构95. 3超声波传感器的选择材料95.4 TCT40-16T/R超声波传感器10第5章系统主要硬件错误!未定义书签。5.1 单片机的说明错误!未定义书签。5. 2超声传感器的主要参数及选择错误!未定义书签。主要参数错误!未定义书签。超声传感器的选择错误!未定义书签。5. 3超声测距原理与方法错误!未定义书签。第6章超声波测距系统的设计方案错误!未定义书签。6

6、.1 概述错误!未定义书签。6.2 超声波发射电路错误!未定义书签。6.3 超声波接收电路错误!未定义书签。6.4 显示电路错误!未定义书签。第7章系统的软件设计错误!未定义书签。7.1 主程序设计错误!未定义书签。7.2 定时器Tl的中断效劳程序错误!未定义书签。7.3 定时器To的中断效劳程序错误!未定义书签。7.4 外部中断0的中断效劳程序错误!未定义书签。7.5 显示子程序错误!未定义书签。结束语错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。附录A:源代码错误!未定义书签。附录B:系统原理图错误!未定义书签。第1章概述随着单片机的迅速开展，其应

7、用领域越来越广，如消费电子、家用电器、办公设备、商业营销设备、工业控制和机电一体化控制系统、智能测量仪表以及汽车与航空航天电子系统中都广泛采用了单片机。51系列单片机由于具有可靠性好，以及扩展控制功能强等优点，成为国内目前应用最广泛的一种8为单片机之一。随着单片机的应用领域越来越广泛，可以看出其的优越性和可靠性,所以将其应用到测量方面是必然的，也是相当可靠的，相当有意义的，基于单片机的测距仪的出现正是这一表达。本系统式以单片机STC89C52RC和超声波传感器TCT40-16T/R为根底开发的超声波测距仪。利用超声波遇到障碍物会发射的特点，进行测距。通过单片机STC89C52RC的I/O发送4

8、0KHz的脉冲让超声波发射器TCT40-16T产生超声波，当超声波遇到障碍物的时候，TCT40-16R会接受反射回来的超声波，最后用单片机计算两个的时间差，就可以了算出本系统与障碍物之间的距离了。本系统简单，便捷，应用十分广泛。第2章方案论证经过调查后发现，TCT40-16是市场上比拟常见的一款超声波传感器。所以本系统采用TCT40-16。但是该超声波的传感器的接口电路比拟多，有以下几种:2.1发射电路方案由F1F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由Cl、R和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。F3的输出鼓励换能器T40-16的一端和反向器F4,F4输出鼓励换能器T40-1

9、6的另一端，因此，参加F4使鼓励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ2kHZ,否那么应调节RP。发射超声波信号大于8m。如图2.1所示：图2.1 40kHZ超声波发射电路之一方案电路中晶体,振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反响耦合元件，对于电路来说又是 输出换能器。T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。S 是电源开关，按一下S,便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。

10、电路工作电压9V,工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m电路不需调试即可工作。如图2.2所示:TCT40-16bw9013X2TvDI 1N414819VS2SW-PB3路的振荡频率决定于反响,图2240kHZ超声波发射电路之二方案由元件的T40-16,其谐振频率为4()kHZ2kHZ。频率稳定性好,不需作任何调整,并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L与电容C5调谐在40kHZ起作谐振作用。本电路适应电压较宽(312V),且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。如2.3所示:40kHZ超声波发射电路之三方案它主要

11、由通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。其中门YFl与门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4-定输出低电平；YF3输出低电平时，YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。电路中YF1YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA）,效率高等。电路工作电压9V,工作电流大于35mA,发射超声波信号大于10m。如图2.4所示：方案由LM图2440kHZ超声波发射电路之四：谐振荡器电路，

12、调节电阻器RP阻值，可以改变振荡频率。由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器TCT40-16,使之发射出超声波信号。电路简单易制。电路工作电压9V,工作电流40-50mAo发射超声波信号大于8m。LM555可用NE555直接替代，效果一样。如图2.5所示：图2.540kHZ超声波发射电路之五方案使用两个与小,KgpJ点是输出驱动电流大（大于15mA）,效率高等。T为40KHZ的脉冲。工作的电压为5V。如图2.6所示：2. 2接收电路图2.6 40kHZ超声波发射电路之六方案采用NPN晶体图2.7 40kHZ超声波接收电路之一N超声波传感器采用TC40-16。超声波传感器一般用于检测反射波，它

13、远离超声波发生源，能量衰减较大，只能接收到几mV左右的微弱信号。因此，实际应用时要加多级放大器。如图2.8所示:综合几个方案后发现，在发射电路中，只有方案最简单，最容易实现。其他的方案的电路中所要求的电压都是比拟高，在使用的过程中都需要对电压进行单独转化，不方便，增加了本钱，电路也比拟复杂。在接收电路的方案中选择方案，使用集成电路比拟容易，干扰也比方案要低。第3章超声波简介声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。在科学史上，声学是开展最早的学科之一。然而，由于超声是人耳听不到的信号，直到18世纪，人们才开始研究海豚、蝙蝠等动物时，才推

14、测自然界存在超声。声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波和特超声波。当声的频率高到超过人耳的频率极限时，人们就觉察不出声的存在，我们称这种高频率的声为超声。频率高于人类听觉上限频率（约20000HZ）的声波，称为超声波，或称超声。在通常的超声波测距系统中，用电脉冲鼓励超声探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，形成超声波。3.1 超声波的特点及其分类声波产生的条件是首先要有一个作机械振动的质点作波源，其次要有传播振动的弹性介质。此外，当振动传播时，振动的质点并不随波而移走，只是在自己的平衡位置附近振动而己，这

15、与电磁波(交变电磁场以光速在空间的传播)是完全不相同，与光波也不同。相比之下，超声波具有下面的一些特点：它能以各式各样的传播模式(纵波、横波、外表波、薄板波)在气体、液体、固体或它们的混合物等各种媒质中传播，也可在光不能通过的金属、生物体中传播，是探测物质内部的有效手段。(2)由于超声波与电磁波相比速度慢，对于相同的频率波长较短，容易提高测量的分辨率。(3)由于传播时受介质声速、声阻抗和衰减常数的影响大，所以，反过来可由超声波传播的情况测量物质的状态。超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。我们知道，电磁波的传播速度为3X108ms,而超声波在空气中常温下的传播速度为340ms,其速度相对电磁波是非常慢的。超声波在相同的传播介质里(大气条件)传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化,波动的传播方向与振动方向一致，是纵向振动的弹性机械波，它是借助于传播介质的分子运动而传播的。声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向不同，超声波通常有四种形式：纵波纵波是质点振动方向与传播方向一致的波为纵波。它能在固体、液体或气体中传播。(2)横波横波也称瑞利波，它是质点振动方向垂直于传播方向的波称为横波。它只能在固体中传