超声波报警器

绍兴文理学院电子信息工程专业传感器原理与应用课程设计报告设计题目：超声波报警器专业：电子信息工程班级：电信111学号：XXXXX姓名：XXXXX同组人员：XXXX指导老师：XXXXX完成日期：2015-1-6电子线路课程设计说明书——超声波报警器目录1设计任务和性能指标............................................................................11.1设计任务.........................................................................................................11.2性能指标.........................................................................................................12设计方案.................................................................................................12.1需求分析.........................................................................................................12.2方案论证.........................................................................................................13系统硬件设计........................................................................................33.1单片机.............................................................................................................33.2超声波模块.....................................................................................................43.3按键模块.........................................................................................................53.4显示模块.........................................................................................................63.5报警模块.........................................................................................................64安装、调试/仿真、调试.......................................................................74.1调试步骤.........................................................................................................74.2实验测试结果/仿真结果及性能分析...........................................................75总结.........................................................................................................86、参考文献...............................................................................................8附录1系统硬件电路图/仿真电路图......................................................9附录2元器件清单...................................................................................9附录3程序清单.....................................................................................10电子线路课程设计说明书——超声波报警器11设计任务和性能指标1.1设计任务1.设计并制作一个超声波报警器，当距离小于设定值时，发出警报信号。2.超声波报警器的报警距离可调。3.超声波报警器可显示实测距离和设定距离。1.2性能指标1.测量最大距离达到2米。2.测距误差小于5%。3.反应时间小于0.5秒。2设计方案2.1需求分析随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1s意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。2.2方案论证超声波的测距方案有三种，分别是相位的检测法、幅值的检测法和渡越时间法。1.相位的检测法电子线路课程设计说明书——超声波报警器2相位的检测法可分2种，方法一是用发射不同频率超声波来显现的。先发射波长为1的超声波，检测出回波相位为1。假设所用的波周期数m,则能求的目标物体的距离为：112Lm同样道理可以算出第二束波形测距的计算公式为：222Ln其中：2为第二束波的相位角，2是波长，n是周期数。又由于m和n都为正数,与此同时再一次进行时间补偿算法，可准确求目标距离值。但是因为超声波探头是有固定频率，假设改变频率，系统衰减会大，需要两套信号的检测电路，实施难度加大，不适宜采用。方法二是使用单一超声波的探头来进行相位的检测法检测，这种方法是待测距离在一个周期内使用，若过选用40kHz超声波为传播介质，一个周期对应检测距离为3400.0000250.00858.5Lmmm，因此这种方法的准确度很高。2.幅值的检测法发射固定频率的超声波，接着使用反射或对射法的检测接收得到的超声波脉冲的强度，从超声波回波衰减理论，认真对回波脉冲强度的进行分析，从而求得目标距离。3.渡越时间法渡越时间意思是开始从传感器发射出超声波开始计时，经气体的介质传播，达到传感器接收到回波时计时的停止。因为在一定的环境下，温度不会变化，或变化较缓慢，可近似认为常数，这时声速是保持不变的，所以能通过检测渡越的时间，结合现场声速，从而求得传感器和目标之间的距离。经过上述的分析可知，相位的检测法和幅值的检测法精度都比较高，但是实现难度都比较大且开销也比较大，渡越时间法手环境因素影响，因而其精度不高，但其实现难度和开销较低。由于我们设计的超声波报警系统主要用于汽车防撞，因此对精度的要求并不是很高，因此综合考虑了价格、难度等因素后选择了渡越电子线路课程设计说明书——超声波报警器3时间法。3系统硬件设计超声波报警器由超声波模块、单片机、显示模块及报警模块组成，其系统框图如下所示：单片机超声波模块显示模块报警模块按键模块图1系统框图下面将介绍各模块的功能并且给出各模块的硬件电路。3.1单片机该模块是超声波报警系统的核心，需要接收按键模块和超声波模块的信息并对获得的信息进行处理，然后将数据传送到显示模块进行显示并控制报警系统。在该模块中选用了STC89C52单片机，其最小系统电路如下图所示：电子线路课程设计说明书——超声波报警器4P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039Vcc4033pFC133pFC212Y1XTALGNDECHOTRIGS1SW-PB10uFC3CapPol310KR1VCCGNDCERSTDCDNSCLK0.1uFC4GND图2STC89C52单片机最小系统电路图3.2超声波模块该模块实现将实现超声波的发送和接收，通过发送和接收时间差实现距离的测量。该模块采用了HC-SR04超声波测距模块，该模块的电路图如下所示：电子线路课程设计说明书——超声波报警器5图3HC-SR04超声波测距模块电路图3.3按键模块该模块主要实现报警距离的设定，其电路图如下所示：S2SW-PBS3SW-PBS1SW-PBGNDVCC10KR210KR310KR4图4按键模块电路图电子线路课程设计说明书——超声波报警器63.4显示模块该模块主要实现测量距离的显示和测定离的显示，选用NOKIA5110液晶，其电路图如下所示：图5NOKIA5110液晶电路图3.5报警模块该模块主要实现报警功能，当实测距离小于设定距离时警醒报警，该模块电路图如下所示：LS?Buzzer2KR4GNDQ?2N3906VCC图6报警模块电路图电子线路课程设计说明书——超声波报警器74安装、调试/仿真、调试4.1调试步骤1.STC89C52单片机最小系统焊接好之后，写入程序，通过IO口输出到底电平及复位按键测试是否能正常工作。2.利用单片机让NOKIA5110液晶显示指定内容，测试显示模块是否正常。3.将设定距离显示在NOKIA5110液晶上，通过按键模块改变设定值，测试按键模块是否正常。4.利用单片机驱动报警模块，测试报警模块是否正常工作。5.将障碍物置于超声波发送接收头之前，改变其距离，测试超声波模块是否正常工作。4.2实验测试结果/仿真结果及性能分析经过上述调试使各模块都能正常工作之后，NOKIA5110液晶显示了测试距离和设定距离，并且设定距离课通过按键改变，改变之后的设定值也会时时显示在NOKIA5110液晶上。当障碍物与超声波模块的距离小于设定值时，报警模块蜂鸣器会响起，当障碍物与超声波模块的距离大设定值时，报警模块蜂鸣器不会响起，其测距误差小于5%，反应时间小于0.5秒，最大的测量距可达到2米。超声波报警系统实际工作图如下所示：电子线路课程设计说明书——超声波报警器8图7超声波报警系统实际工作图5总结6、参考文献[1]郁有文，常健，程继红．传感器原理及工程应用(第三版)．西安：西安电子科技大学出版社．2003-07[2]陈杰、黄鸿著.传感器与检测技术．北京：高等教