基于单片机的测距仪设计

I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二O0九年六月I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发展及基本原理，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基础上，提出了系统的总体构成。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分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，分析了系统各部分的硬件及软件实现。关键字：单片机；测距仪；超声波；超声波传感器IIThedesignofrangefinderbaseonsingle-chipABSTRACTThispaperintroducesamethodbasedonsinglechippulsereflexultrasonicrangingsystem.thissystemcanmeasurethedistancewhichisbasedonthespeedofultrasonicandusedthetimedifferenceoflaunchultrasonicandreflectionecho.thispapersummarizesthedevelopmentandbasicprincipleoftheultraonictesting,theworkingmechanismandcharacteristicsoftheultrasonicsensors.thereisadiscussionaboutsomemajorparametersoftheinfluencerangingsystem.basedontheintroducesoftheultrasonicrangingsystemfunction,Theoverallsystemisproposed.accordingtotransmittingandreceiving,detection,anddisplaypartofdistancemeasuringsystem'soveralldesgin,theschemesarediscussed.thefurtherintroductionofthispaperistheapplicationofSTC89C52RCsinglechipmicrocomputerinthesystem,andtheanalysisofallthepartsofthesystemhardwareandsoftwarerealization.Keywords:singlechip;rangefinder;ultrasonicwave;ultrasonicsensorIII目录第1章概述.........................................................1第2章方案论证.....................................................22.1发射电路.....................................................22.2接收电路.....................................................5第3章超声波简介...................................................83.1超声波的特点及其分类.........................................83.3超声波的效应...............................................10第4章超声波传感器................................................114.1超声波传感器的种类及其特点..................................114.2超声波传感器的外形及内部结构................................134.3超声波传感器的选择材料......................................144.4TCT40-16T/R超声波传感器....................................15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。5.2.1主要参数...............................错误!未定义书签。5.2.2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。6.1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T1的中断服务程序.....................错误!未定义书签。7.3定时器T0的中断服务程序.....................错误!未定义书签。7.4外部中断0的中断服务程序....................错误!未定义书签。7.5显示子程序..................................错误!未定义书签。IV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。四川理工学院毕业设计（论文）1第1章概述随着单片机的迅速发展，其应用领域越来越广，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体现。本系统式以单片机STC89C52RC和超声波传感器TCT40-16T/R为基础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40KHz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。侯杰：基于单片机的测距仪设计2第2章方案论证经过调查后发现，TCT40-16是市场上比较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较多，有以下几种：2.1发射电路方案①由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1~F4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40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。如图2.1所示：方案②电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反馈耦合元件，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。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：图2.140kHZ超声波发射电路之一四川理工学院毕业设计（论文）3方案③由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ±2kHZ。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（3~12V），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：图2.240kHZ超声波发射电路之二图2.340kHZ超声波发射电路之三侯杰：基于单片机的测距仪设计4方案④它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。其中门YF1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，YF4一定输出低电平；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YF1~YF4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⑤由LM555时基电路及外围元件构成40kHz多谐振荡器电路，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40~50mA。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2.440kHZ超声波发射电路之四四川理工学院毕业设计（论文）5方案⑥使用两个与非门电路完成驱动功能。该电路特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接收电路方案①采用CX20106红外线接收芯片。如图1.7所示。图2.540kHZ超声波发射电路之五图2.640kHZ超声波发射电路之六侯杰：基于单片机的测距仪