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i福建电力职业技术学院课程设计课程名称：传感器与检测技术课设题目：加速度测量显示电路设计专业班次：10（三）检测1班姓名：李扬津学号：201002063127指导教师：苏两河学期：2011-2011学年第一学期日期：2012.2.13-2012.2.20I摘要本次超声波测距器由单片机计时及控制电路、超声波发射电路，超声波检测接收电路、温度时时检测电路、报警警示电路、显示电路等部分组成，采用AT89C51单片机作为计时主控制器，用TCT40—16T作超声波的发射器，用TCT40—16R作超声波的接收器，在接收电路的处理模块采用的是专业的超声波测距处理软件TL852，显示电路采用了74LS244为处理芯片。测距以硬件为基础，软件为核心，整体电路结构简单，成本低廉，操作方便，工作稳定，测量精度达到要求。其设计思路也可以应用于智能安全系统。可在工业控制中得到很好运用。关键词：超声波，测距，AT89C51单片机，控制福建电力职业技术学院毕业论文II目录福建电力职业技术学院.....................................................................................................................i课程设计..............................................................................................................................................i1.1引言....................................................................................................................................................11.2概况............................................................................................................................................21.3现状分析....................................................................................................................................2第二章总体设计...................................................................................................................................32.1总体设计要求.............................................................................................................................32.2总体设计思路............................................................................................................................3第三章硬件电路.....................................................................................................................................53.1发射电路....................................................................................................................................53.2单片机介绍..............................................................................................................................103.3温度处理模块...........................................................................................................................113.4报警电路处理模块...................................................................................................................123.5发射电路处理模块...................................................................................................................123.6接受电路处理模块...................................................................................................................143.7显示电路处理模块...................................................................................................................153.8整体电路连接图......................................................................................................................17第四章总结...........................................................................................................................................181第一章绪论1.1引言随着我国经济能力的增长，科学技术正在突飞猛进的发展，经济推动科技进步，科技反过来对经济有促进作用。的确，国民经济离不开科技基础，在万事日新月异的今天，科技对我们的生活起着举足轻重的作用。人类了解声波的时间并不长，对超声波这一耳不能闻的物质的了解更是近代历史才涉足。如同人类知道可见光只占整个光世界的一部分一样，人耳能听见的声音只占整个声波世界的一部分，人类感官能直接感觉到得，对它的认识就要多，而不为感官所感觉的就要认识的少，可是恰恰是这不为人类所认识的部分，却为我们的世界带来了不小的改变。声和光是我们认识世界的最直接的感觉，现行很多科学技术都是以声和光为手段完成的。今天，我所完成的系统设计就是以超声波为媒介，来完成物体之间距离的测量。说道测距，时至今日方法数不胜数，有电阻抗测量方式、光强测量方式以及原始的机械计数测量，它们各有特点，应用在不同的领域，共同为我们的生活带来便捷。超声波测距最主要的是利用声波的强反射性，与光和点的测量不同，它单一、结构简单，无需配备附属的器件。电测量利用电阻抗的相对变化，多数需要成对的器件来引起阻抗的变化；光测量多需要感光物质，虽然它测量精度极高，但器件精细贵重，不易普遍采用。超声波测距只需将探测头对准物体，测量简单方便，适用在精度要求不高的场合。随着技术手段的不断提升，软硬件的发展，目前，超声波测量精度已经非常准确，完全达到日常生产生活的要求，因此，其利用范围正在逐步扩大，受重视程度正在逐步提高。在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。超声波是指频率大于20kHz小于40KHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。基于此，本文设计中尝试使用AT89C51来实现超声波的测量，并结合各外围电路，完成温度补偿，时时报警，距离显示，共同构成超声波测距系统。21.2概况超声波测距是利用人耳不可闻的高频声波进行距离测量，由于人耳不可闻，且不会对人的健康产生危害，因此，它得以用在很多对环境要求严格的地方。超声波测量的原理极为简单，通过超声波探头，过向物体发射超声波，利用声波的高反射性，将发射的声波接收，对比发射和接收的时间差，再根据人们对声速的已知性，就可以得出物体和测量探头的距离。1.3现状分析由于超声波是高频波，不能被人耳所听，因此它得以用在对环境条件要求严格的地方。目前所知，超声波应用较多的领域是医学和军事国防，这些运用都是声波反射的原理。在医学上，常通过超声波对人体内部进行病理检测，通过接收反射回来的声波，处理后就可以很直观的发现体内特征，这有我们熟知的B超检测。军事上的运用，就是声纳了，通过对声音的利用，可以完成眼睛光线达不到的探测，用在士兵的便携武器上，可以成为夜间作战系统的一部分，用在潜艇上，可以进行深海探测，探明海底区域，以及搜索敌方舰只。现在的电子技术，越加完善和重要，科技发展使得汽车走进千家万户，现在汽车上广泛使用的倒车雷达，其实也就是超声波避障的缩影，可见，超声波测距正以其优越的性能改变着我们的生活。我相信，伴随科技的进步，超声波避障和测距技术会越发凸显其重要性，必将获得人们的重视。3第二章总体设计本设计采用单片机为主控，力求测量、检测、显示、报警于一体，避障系统要求结构简单、便于操作、成本低廉、适用范围广泛。2.1总体设计要求1、能应用于汽车的倒车，工业工作中的无人小车避障控制；2、显示模块采用LED数码管，能清晰稳定的显示测量结果；3、测量需达到一定的精度需求，且工作量程能较大满足现实需求；4、能容易和其他测量结合成为更完善的测量系统，且系统本身可以进行二次开发，以实现测距、实体内部探测等工作要求。2.2总体设计思路在本次设计中，我以51单片机为主控芯片，各部分功能用外部电路来完成，这其中包括了电源电路、报警电路、温度电路，声波发射电路、声波接收电路以及用于显示的显示电路，各部的关系如图2—1所示：电源电路发射电路报警电路发射探头AT89C51温度测量电路测量探头显示电路接收电路图2—1设计思路框图电源电路为单片机提供电源，在实物测量过程中，我们用电脑的USB接口为电路板提供电源，它供电稳定，电路板在最初就考虑用USB为其供电。报警电路4用于警示，在设定距离内时，启动报警。温度电路考虑的是温度因素对声速的影响，以提高测量精度要求。显示电路将测量距离时时动态的输出到显示器上，以便观察。发射和接收电路主要用于超声波的接收和发射。且各部工作流程如图2—2所示：开始单片机发射电路工作温度监测接收引脚扫描有回波时接收完成显示数据报警图2—2各部工作流程图5第三章硬件电路3.1发射电路声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。其频率的界限如图3—1所示。次声波声波超声波微波60.25