分享
分享赚钱 收藏 举报 版权申诉 / 25

类型超声波测距仪学士毕业论文.doc

  • 上传人:无敌
  • 文档编号:717309
  • 上传时间:2018-04-19
  • 格式:DOC
  • 页数:25
  • 大小:252KB
  • 配套讲稿:

    如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

    特殊限制:

    部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。

    关 键  词:
    超声波测距仪学士毕业论文.doc
    资源描述:

    1、超声波测距仪毕业论文中文摘要电子测距仪要求测量范围在 50cm500cm,测量精度 1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。我的超声波测距仪设计采用 74hc04 反相器和 CX2

    2、0106 搭接电路实现了超声波的发射与接收。采用 AT89C51 单片机为该测距仪的控制核心,此设计易于调试,成本低廉,具有很强的实用价值和良好的市场前景。关键词:超声波传感器,单片机,测距仪毕业设计用纸ABSTRACTElectronic distance measurement instrument for measurement in the range of 20cm-2.5m, precision 1cm, with the measurement of the measured object without direct contact, can clearly demonstra

    3、te the stability of the measurement results. Because of the strong point of ultrasonic energy consumption, slow, medium of communication in the longer distance, which are often used for ultrasonic distance measurement. Such as the range finder and level measurement and so on can be achieved by ultra

    4、sound. Ultrasonic ranging, can be applied to car parking, construction sites and some industrial site location monitoring, and can also be used for liquid level, depth, pipe length measurement occasions. Use of ultrasonic testing is often more rapid, convenient, simple, easy to achieve real-time con

    5、trol, and measurement accuracy can meet the practical requirements of industry. In the mobile robot has been developed on a wide range of applications. My car anti-collision anti-theft alarm system design using 74hc04inverter and CX20106lap circuit to realize the ultrasonic transmitter and receiver.

    6、 Using AT89C51 SCM as the control core of the range finder, this design easy debugging, low cost, has the very strong practical value and good market prospects.Key words: ultrasonic sensor, single chip microcomputer, range finder,目录第一章 绪论 .- 1 -1.1 设计项目概述 .- 1 -1.2 设计要求 .- 1 -1.3 超声波测距原理 .- 1 -第二章 超

    7、声波测距仪的内容及意义 .- 3 -2.1 超声波测距仪的意义 .- 3 -2.2 超声波测距仪的内容 .- 3 -第三章 系统方案选择 .- 3 -3.1 方案一 .- 4 -3.2 方案二 .- 4 -3.3 方案确定 .- 4 -第四章 系统硬件电路设计 .- 4 -4.1 单片机模块 .- 4 -4.1.1 AT89C51 标准功能 .- 5 -4.1.2 管脚说明 .- 6 -4.2 超声波谐振频率调理电路模块 .- 7 -4.3 超声波回路接收处理电路模块 .- 8 -4.4 数码管显示模块 .- 8 -第五章 系统软件程序设计 .- 9 -5.1 超声波测距程序设计 .- 9 -

    8、5.2 超声波测距流程图 .- 10 -第六章 系统软硬件调试 .- 10 -6.1 硬件调试 .- 10 -6.2 软件调试 .- 11 -6.3 测试结果 .- 11 -第七章 调试中遇到的问题 .- 11 -7.1 发射接收时间对测量精度的影响分析 .- 11 -7.2 当地声速对测量精度的影响分析 .- 12 -总 结 .- 13 -参考文献 .- 14 -附录 A.- 0 -附录 B.- 0 -致 谢 .- 6 -毕业设计用纸第一章 绪论声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射,反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的,而且声波从

    9、声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到,那么就可以计算出从声波到目标的距离。这就是本系统的防撞报警原理。这里声波传播的介质为空气,采用不可见的超声波。接收回路中测得的超声波信号共有两个波束,第一个波束位余波信号,即超声波接收头在发射头发射信号(一组 40KHz 的脉冲)后,马上就接收到了超声波信号,并持续一段时间。另一个波束为有效信号,即经过被测物表面反射的回波信号。 超声波测距时,需要测的是开始发射到接收到信号的时间差,需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号,故要尽量避免检测到余波信号,这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。 软件控制脉冲发射、检测回波信号:程序采用的是脉冲测量

    10、法,由单片机引脚产生 40KHz 的脉冲信号,每次测量发射的脉冲数至少要 12 个完整的 40KHz 脉冲。同时发射信号前打开计数器,进行计时;等计时到达一定值后再开启检测回波信号,以避免余波信号的干扰。采用外部中断对回波信号进行检测(回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲) 。接收到回波信号后,马上读取计数器中的数值,此数据即为需要测量的时间差数据。经过处理后得到这一次测距值。假设室温下声波在空气中的传播速度是 335.5m/s,测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是 t 秒,则距离 d 可以由公式(1-1)计算:d=33550(cm/s)*t(s),因为声波经过的距离是声源与目标之

    11、间距离的两倍,声源与目标之间的距离应该是 d/2。1.1 设计项目概述由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波被广泛应用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便,计算简单,已做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用要求,测量时与被测物体无直接接触等,这些优点使其广泛应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,例如液位测量、精深测量等场合。目前国内一般实用专用集成电路设计超声波测距器,但是成本高,没有显示,操作不便,操作使用不方便,创展不灵活。基于单片机的超声波测距易克服了上述缺点,应用非常广泛。1.2 设计要求设计一个超声波测距器,可以应用于汽车倒车、

    12、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。具体要求如下:(1)测量范围在 0.5-1.11m,测量精度 1cm。(2)测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。1.3 超声波测距原理采用单片机作为主控制器,用 LED 数码管作为显示仪器来显示所测的距离。由单片机发射和接受超声波信号,再经过单片机计算输出显示被测距离,即超声波发生器 T 在某一时刻发出一段超声波信号,当超声波遇到障碍物(被测物体)后返回被接收器 R 接受。测距的原理如图 1-1。毕业设计用纸RTT2T1图 1-1 测距的原理这样只要计算出发射超声波和接收到超声波之间的时间,

    13、就可以计算出超声发射器与反射物体的距离。距离计算公式为: 2/)(/tcsd其中:d 为被测物与测距器的距离s 为声速的来回路程c 为声速t 为声波来回所用的时间超声波是指频率高于 20KHZ 的机械波。为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波,完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯称之为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器两种,但是一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器利用压电效应的原理将超声波和电能相互转换,即在发射超声波的时候,将电能转换为超声波,而在收到回波的时候,则将超声振动转换为电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法。首先

    14、测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的生源与障碍物之间的距离,超声波测距适用于高精度的中长距离测量,因为超声波在标准空气中的传播速度为 332.45m/s。单片机使用 12MHZ 晶振,所以此系统的测量精度理论可以达到毫米级。单片机 显示模块超声波接收器 R超声波发生器 T电源电路图 1-2 基于单片机的超声波测距器系统框图毕业设计用纸第二章 超声波测距仪的内容及意义2.1 超声波测距仪的意义随着现代科技的发展,人们的生活节奏加快,高效的、人性化测距仪和无线系统得到了广泛的应用。当超声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射,反射波称为回声。假如声

    15、波在介质中传播的速度是已知的,而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到,那么就可以计算出从声波到目标的距离。利用超声波的高可靠性和无接触性,在现在的高难度的应用和普遍的多次快速应用场合已经得到了广泛的应用。应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于液位、井深、管道长度的测量等场合,无线系统常用于报警器设防解防、车库门遥控、摩托车、汽车的防盗报警等,遥控模块价格低廉,发射模块和接收模块体积小巧、外观精致,耗电省,工作稳定可靠。本设计将超声波系统与无线系统结合通过单片机处理,制作出简单、稳定、高实用性的汽车防撞防盗报警器。2.2 超声波测距仪的内容发射器发出的超声

    16、波以速度 在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为 t,由 s=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速 v 与温度有关,下表 1 列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。表 2-1 超声波波速与温度的关系表温度() -30 -20 -10 0 10 20 30 100声速(ms) 313 319 325 323 338 344 349 386具体控制方法如图 1 所示,单片机发出 40kHZ 的信号,经放大后通过超声波发射器输出;超声波接收器将接

    17、收到的超声波信号经放大器放大,用锁相环电路进行检波处理后,启动单片机中断程序,测得时间为 t,再由软件进行判别、计算,得出距离数并送 LED/LCD 显示。超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路单片机控制 显示器图 2-1 超声波测距原理框图第三章 系统方案选择毕业设计用纸3.1 方案一系统包括超声波谐振频率调理电路、超声波回波接收处理电路、LED 数码显示模组、单片机及电源四部分。超声波测距仪主要以 STC 单片机为控制核心,其发射器是利用压电晶体的谐振带动周围空气振动来工作的.超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时 ,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即

    18、返回来,超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。一般情况下,超声波在空气中的传播速度为 340m/s,根据计时器记录的时间 t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离 s,即 s=340t/2, 这就是常用的时差法测距。在测距计数电路设计中,采用了相关计数法,其主要原理是:测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号,单片机计数器处于等待状态,不计数;当信号发射一段时间后,由单片机发出信号使系统关闭发射信号,计数器开始计数,实现起始时的同步;当接收信号的最后一个脉冲到来后,计数器停止计数。显示模块是一个 8 位段数码显示的 LED;测量结果的显示用到四位数字段码,电源采用 5V 的DC 直流稳压电源输

    19、入,供系统各部分电路使用。优点:可以自己动手操作、科研价值比较高、适用与初学者研究,准确无误。缺点:超生波系统电路纯硬件搭接、性能不是很稳定、精度也要稍低些。3.2 方案二系统包括超声波测距模组、液晶 1602 显示电路,单片机最小系统及电源五部分组成。超声波测距系统主要由发射部分和接收部分组成,超声波的发射受主控制器控制。超声波换能器谐振在40KHz 的频率,模块上带有 40KHz 方波产生电路。其工作原理与方案一的原理基本相似。在测距计数电路设计中,采用了相关计数法,其主要原理是:测量时单片机系统先给发射电路提供脉冲信号,单片机计数器处于等待状态,不计数;当信号发射一段时间后,由单片机发出

    20、信号使系统关闭发射信号,计数器开始计数,实现起始时的同步;当接收信号的最后一个脉冲到来后,计数器停止计数。优点:超生波系统集成度高、性能比较稳定、可控性好、精度较好。缺点:只适用与成品开发、满足不了人们的求知欲望、缺少科研价值。3.3 方案确定由于本次是一次实验性的开发,经过对上述两种方案的分析,如果选择模组就失去了实验的价值,哪怕没有成功,那也是一次很好的经历,所以我选择了方案一。第四章 系统硬件电路设计4.1 单片机模块单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机,这些元件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和 I/O

    21、 接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点,因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛,在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机,使仪器仪表智能化,提高测试的自动化程度和精度,提高计算机的运算速度,简化仪器仪表的硬件毕业设计用纸结构,提高其性能价格比。AT89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生:一是内部时钟方式,二是外部时钟方式。在AT89C51 单片机内部有一振荡电路,只要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体(简称晶振)

    22、,就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振,电容值在 5-30pF,典型值为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.2-12MHz 间选择,典型值为12MHz 和 11.0592MHz。当在 AT89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时,单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平,单片机就处于循环复位状态) 。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 VCC 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用 6MH

    23、Z 时 C取 22uF,R 取 1K。除了上电复位外,有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端经过电阻与电源 VCC 接通而实现的。最小系统如图 3-1 所示。EA/VP 31X1 19X2 18RESET 9RD 17WR 16INT0 12INT1 13T0 14T1 15P10 1P11 2P12 3P13 4P14 5P15 6P16 7P17 8P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728P

    24、SEN29ALE/P30TXD11RXD10U?805130PF30PF+10UF12MHZ10K SWVCC图 4-1 单片机最小系统原理图4.1.1 AT89C51 标准功能(1)与 MCS-51 单片机产品兼容 (2)8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 (3)1000 次擦写周期 (4)全静态操作:0Hz 33Hz (5)三级加密程序存储器 (6)32 个可编程 I/O 口线 (7)三个 16 位定时器/ 计数器 (8)八个中断源 (9)全双工 UART 串行通道 (10)低功耗空闲和掉电模式 (11)掉电后中断可唤醒 (12)看门狗定时器 (13)双数据指针 (14)掉电标识符

    25、 毕业设计用纸4.1.2 管脚说明(1) VCC:电源 (2) GND:地 (3) P0 口:P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口,每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时, P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 (4) P1 口: P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输出口使用。作输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的

    26、原因,将输出电流(IIL) 。此外,P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入(P1.0/T2 )和时器/计数器 2 的触发输入(P1.1/T2EX) ,具体如表 3.2 所示。 在 flash 编程和校验时,P1 口接收低 8 位地址字节。 表 4-1 P1 口第二功能引脚号 第二功能P1.0 T2(定时器/计数器 T2 的外部计数输入) ,时钟输出P1.1 T2EX(定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MISO(在系统编程用)P1.7 SCK(在系统编程用)(5) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的

    27、 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 (例如执行 MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时, P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时,P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 (6) P3 口:P3 口是

    28、一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。 P3 口亦作为 AT89C51 特殊功能(第二功能)使用,如表 3.3 所示。 在 flash 编程和校验时,P3 口也接收一些控制信号。 表 4-2 P3 口第二功能引脚号 第二功能P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT0(外部中断 0)P3.4 T0(定时器 0 外部输入)P3.

    29、5 T1(定时器 1 外部输入)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)(7) RST: 复位输入。晶振工作时,RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下,复位高电平有效。 (8) ALE/PROG:地址锁存控制信号( ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。 毕业设计用纸在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的

    30、固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE 脉冲将会跳过。 如果需要,通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1”,ALE 操作将无效。这一位置 “1”,ALE 仅在执行 MOVX 或MOVC 指令时有效。否则,ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位(地址为 8EH 的 SFR 的第0 位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 (9) PSEN:外部程序存储器选通信号( PSEN)是外部程序存储器选通信号。 当 AT89C51 从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN 在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存

    31、储器时,PSEN 将不被激活。 (10) EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令,EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令,EA 应该接 VCC。 在 flash 编程期间,EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 (11) XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 (12) XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。4.2 超声波谐振频率调理电路模块超声波发射电路原理图如图 1-7 所示。发射电路主要由反相器 74ls04 和超声波发射换能器 T 构成,单片机 P1.0 端口输出的 40kHz 的方波信号一路经一

    32、级反向器后送到超声波换能器的一个电极,另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极,用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端,可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联,用以提高驱动能力。上位电阻 R1O、R11 一方面可以提高反向器 74hc04 输出高电平的驱动能力,另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果,缩短其自由振荡时间。其原理图如图 4-2 所示。1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U274HC04VCCR151KR161KVCCVCCB1TP1.0图 4-2 超声波谐振频率调理电路 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是一个超声波发生器;反之,如果两电极问未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同,使用时应分清器件上的标志。

    展开阅读全文
    提示  道客多多所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    关于本文
    本文标题:超声波测距仪学士毕业论文.doc
    链接地址:https://www.docduoduo.com/p-717309.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    道客多多用户QQ群:832276834  微博官方号:道客多多官方   知乎号:道客多多

    Copyright© 2025 道客多多 docduoduo.com 网站版权所有世界地图

    经营许可证编号:粤ICP备2021046453号    营业执照商标

    1.png 2.png 3.png 4.png 5.png 6.png 7.png 8.png 9.png 10.png



    收起
    展开