基于单片机的超声波测距仪的设计

毕业设计（论文）报告纸共30页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要超声波具有很强的指向性，消耗能量缓慢，距离传播较远等优点，所以，在利用自动化控制技术和传感器应用技术相结合的测距方案中，利用超声波专有特性测距是目前最普遍的一种方式，它被广泛地应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。本论文详细的介绍了超声波传感器的原理及特性，并且介绍了Atmel公司的AT89C52单片机的性能与特点，且在分析了超声波测距原理的基础上，指出了本次方案的思路和所需考虑的问题，给出了以AT89C52单片机为核心，LCD显示电路，硬件制作和软件设计为一体的设计方案。关键字：超声波测距；单片机；测距；AT89C52；LED显示屏毕业设计（论文）报告纸共30页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractUltrasonicwavehasstrongpointingtonature,slowlyenergyconsumption,propagatingdistancefarther,so,inutilizingtheschemeofdistancefindingthatsensortechnologyandautomaticcontroltechnologycombinetogether,ultrasonicwavefindsrangetousethemostgeneraloneatpresent,itappliestoguardagainsttheft,movebackwardtheradar,waterlevelmeasuring,buildingconstructionsiteandsomeindustrialscenesextensively.Thissubjecthasintroducedprincipleandcharacteristicoftheultrasonicsensorindetail,andtheperformanceandcharacteristicofone-chipcomputerAT89C52ofAtmelCompany,andonthebasisofanalyzingprinciplethatultrasonicwavefindsrange,thesystematicthinkingandquestionsneededtoconsiderthathavepointedoutthatdesignsandfindsrange.GiventheAT89C52,LCDdisplaycircuit,thehardwareandthesoftwaredesignproduction.Keywords：ultrasonicranging；single-chip；Rangefinding；AT89C52；LCDdisplay毕业设计（论文）报告纸共30页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第一章引言..............................................41.1单片机应用系统概述.........................................41.2超声波测距系统概述.........................................41.3本设计任务的主要内容........................................4第二章超声波测距的原理..................................52.1超声波测距离原理............................................5第三章系统主要硬件设计..................................73.1单片机AT89C52介绍..........................................73.1.1单片机系统设计...........................................103.1.2复位电路.................................................113.2超声波发射电路.............................................123.3超声波检测接收电路.......................................133.4超声波显示电路.............................................143.5报警电路...................................................163.6电源电路设计...............................................16第四章系统程序的设计...................................164.1超声波测距器的算法设计.....................................174.2总体设计方案...............................................184.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序.......................194.4主程序.....................................................19结论....................................................20致谢....................................................22参考文献................................................23附录一硬件电路图.......................................24附录二程序.............................................24毕业设计（论文）报告纸共30页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章引言1.1单片机应用系统概述单片微型计算机简称单片机（MCU)，多应用于控制领域，又叫做微控制器。它是将计算机中的CPU、RAM、ROM、定时器和输入输出I/O接口电路、中断控制器、模数/数模转换器、调制解调器等芯片集成在一个芯片上的技术，形成芯片级的计算机。它的出现及发展使得计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域都得到了极其重要的发展,并正在一点一点地改变着我们的生活和社会。而嵌入式技术在当今社会扮演着不可或缺的地位，它是当前最热门、最具有发展力的IT应用之一。嵌入式技术的应用可以加快传统的电子系统向智能化的电子仪器的转变，使社会进入智能化时代。嵌入式技术一般应用于对实时响应要求较高的产品中，单片机作为嵌入式技术的核心，它的应用使得电子系统的智能化达到了高速的发展，常常无需对硬件系统做任何改动，只需更新系统软件就能够使系统功能升级。现代社会中嵌入式技术无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个领域，不断地改变着人们的生活，是人类社会一项伟大的智慧结晶。1.2超声波测距系统概述在基于传统的测力距离存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。由于超声波具有强度大，方向性好等特点，利用超声波测量距离就可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。超声波测距电路可以由传统的模拟或者数字电路构建，但是基于这些传统电路构建的系统往往可靠性差，调试困难，可扩展性差，所以基于单片机的超声波测距系统被广泛的应用。通过简单的外围电路发生和接收超声波，单片机通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿，其测量电路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。毕业设计（论文）报告纸共30页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.3本设计任务的主要内容设计一超声测波测距仪，任务：(1).了解超声波测距原理。(2).设计出超声波测距仪的硬件结构电路。(3).对设计的电路进行分析和理解，从而做到利用超声波方法测量物体间的距离。(4).以数字的形式显示测量距离。第二章超声波测距的原理2.1超声波测距离原理人类可以听到的声音频率为20Hz～20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即为不可听声波。其中超过20KHz的为超声波，超声波沿直线传播，频率越高，反射能力越强，所以利用超声波的这种特性来设计超声波传感器。另外，超声波在空气中传播的速度较慢，约为330m/s，这就使得超声波传感器使用变得非常简单。超声波传感器由发送器和接收器组成，一般超声波传感器为可逆元件，即一个传感器可以具有发送和接收声波的双重作用。通常市场上出售的超声波传感器有两种类型，即专用型和兼用型。专用型就是发送超声波用发送器，接收器超声波用接收器；兼用型就是发送器和接收器为一体，不但可接受超声波，又可以发送超声波。一般随着谐振频率的变高，检测距离会变短，同时分解力也会变高。图2.1超声波原理图本设计方案是利用超声波指向性强、能量消耗低、传播距离较远等优点，即用超声波发射器向某一方向发送超声波，并且在发射的时候开始计时，在超声波遇到障碍单片机障障碍物发射管接收管毕业设计（论文）报告纸共30页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊物的时候反射回来，利用超声波接收器接收反射信号，然后停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为V，接收到在空气中的传播时间为T，与障碍物的距离为S，S=VT/2这样可以测出汽车与障碍物之间的距离，然后在LED显示屏上显示出来。如上图2.1所示根据设计要求并综合各方面因素，本例决定采用AT89C52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。超声波测距器系统设计。本次方案的超声波测距仪主要由AT89C52单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路等组成。图2.2超声波测距系统设计框图首先由单片机驱动产生12MHZ晶振，由超声波发射探头发送出去，在遇到障碍物反射回来时由超声波接收探头检测到信号，然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算，把计算结果输出到LED液晶显示屏上。超声波接收超声波发送单片机控制器LED显示扫描驱动毕业设计（论文）报告纸共30页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第三章系统主要硬件设计硬件电路主要包括单片机系统及超声波发射电路、超声波检测接收电路和显示电路三部分。超声波测距板采用AT89C52单片机晶振为12MHZ，单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40KHZ方波信号，利用外中断监测超声波接收电路输出的返回信号，显示电路采用简单的4位共阳LED数码管，段码驱动用74LS244集成电路，位码用S8550三极管驱动,主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89C52来实现对超声波模组进行控制，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波往返所经历的时间，通过特定的计算就可以确定传感器与障碍物之间的距离。3.1单片机