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嵌入式系统课程设计1嵌入式系统课程设计报告题目：超声波测量距离姓名：学号：1361142129班级：测控2013-1班指导教师：孙采鹰嵌入式系统课程设计2目录引言....................................................................................................3一．设计目的:...................................................................................3二.实验原理：.................................................................................4三．硬件设备....................................................................................4四．关键芯片及各单元电路介绍：................................................52.超声波发射电路...................................................................63.超声波接收电路.................................................................6五．设计内容....................................................................................71.超声波测距模块.................................................................72.软件设计..................................................................................8六．实验总结................................................................................10嵌入式系统课程设计3．引言：在工业测距场合中，由于工作要求和复杂环境常常采用非接触测距的方法。激光、红外线和超声波是非接触测距中较常采用的测量介质。激光测距虽然测距精度高，操作简单。但是受环境的影响比较大，且系统检测不易维护，价格也比较昂贵。红外测距易受环境光照度和光线色彩的影响，而且测量精度不高。相比较前两者，超声波是机械波，具有不受光线影响，不受电磁干扰，成本低等特点，能够定点和连续测量物位。在有灰尘、烟雾、有腐蚀等恶劣环境下具有较好的适应能力。广泛应用于物位测量、机械手控制、倒车雷达、机器人避障以及其他一些工业现场等方面。因此，近些年来人们对超声测距进行了很多的探讨和研究。本实验基于ARM微处理器系列，其应用几乎已经深入到工业控制，无线通信，网络应用，消费类电子产品等各个领域。本实验具体设计如下。一．设计目的:超声波检测技术是以超声波作为采集信息的手段，能在不损坏和不接触被测量对象的情况下探测对象。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，超声波测距是一种很有效的测量方法，有着广泛的应用。本实验是一套能够对物体距离进行测量的嵌入式系统课程设计4超声波系统。二.实验原理：实验模块采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点，可应于液位，物位检测，特有的液位，料位检测方式，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检测到回波的情况下有稳定的输出，应用行业：液位，物位，料位检测，工业过程控制等。超声波测距模块主要包括超声波产生电路、超声波接收电路两部分。超声波产生电路在空气中传播功率及精度与频率成正比，比较和分析几个常用超声波频率的特点，最终选取频率为40KHZ。为了便于超声波的发射与接收，超声波发射探头采用共振频率为40KHZ的TCT40-16。超声波测距是通过一个扬声器发射指定频率声波，另一个感应反射回来的声波，并经处理后生成中断信号送至CPU。CPU检测2个脉冲中时间间隔，由已知的声波在空气中的传播速度可计算出口声波反射位置的距离。三．硬件设备(1)MagicARM2410实验箱(2)超声波测距功能模块一个嵌入式系统课程设计5(3)数据线四．关键芯片及各单元电路介绍：1．分体超声波收发器分体超声波收发器也称超声波传感器超声波探头，RT收发分体，T为发射。R为接收，型号为TCRT16-40。其特点：标称频率（KHz）：40KHz发射声压at10V（0dB=0.02mPa）：≥117dB接收灵敏度at40KHz(0dB=V/ubar)：≥-65dB.静电容量at1KHz,1V(PF)：2000±30%适用范围：家用电器及其它电子设备的超声波遥控装置；超声测距及汽车倒车防撞装置；液面探测；超声波近接开关及其它应用声波发射与接收。112233445566GND788991010111112121313VCC14U274LS04GNDVCC-5VLS1Speaker1kR11kR5VCC-5VP1.2_1嵌入式系统课程设计62.超声波发射电路超声波发射电路主要由超声波换能器和反相器74LS04构成，单片机IO口输出40KHZ的间断方波。输出端采用两个反相器并联，用于提高驱动能力，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04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，缩短其自由震荡时间。3.超声波接收电路集成电路CX2106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率为38KHZ与测距的超声波频率40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检波接收电路，如图9.2所示。实验证明，用CX2106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好地灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。1122334455667788U1CX20106A4.7R4200KR310KR2473C1330pFC33.3uFC43.3uFC2GNDVCC-5VP1.1LS2Speaker嵌入式系统课程设计7五．设计内容1.超声波测距模块控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。模块工作原理：嵌入式系统课程设计8(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是(4)超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;2.软件设计程序思路：使用PWM产生8个40Khz的脉冲，同时用定时器计时，用外部中断4下降沿接受返回信号，当接收到下降沿信号时停止计时，开始计算距离，并送给LED进行显示。嵌入式系统课程设计9利用定时器0中断服务程序发脉冲程序：voidPWM(void){inti;rTCON=(10)|(13);//启动定时器rTCFG0=312.5;//预分频器0设置为250，取得160KHzrTCFG1=1;//TIMER0再取1/4分频，取得40KHzrTCMPB0=0x0000;//设置定时器为0rGPCCON=0x555;//端口C为输出口用于启动超声波for(i=0;i8;i++){rGPCDAT=0x0;//数据位清零rGPCDAT=0xf;//设置为高频脉冲发出8T40kHz超频波DelayNS(10);rGPCDAT=0x0;//清数据位}}定时器中断次数、距离显示程序：voidwrite(intdate){qian=date/1000;bai=(date%1000)/100;shi=(date%100)/10;ge=date%10;}voidinit_led(void){ZLG7290_SendCmd(0x60+0,0);嵌入式系统课程设计10ZLG7290_SendCmd(0x60+1,0);ZLG7290_SendCmd(0x60+2,0);ZLG7290_SendCmd(0x60+3,0);}voidwendu(intdate){write(date);ZLG7290_SendCmd(0x60+0,ge);ZLG7290_SendCmd(0x60+1,shi);ZLG7290_SendCmd(0x60+2,bai);ZLG7290_SendCmd(0x60+3,qian)；}六．实验总结通过对本门课程的学习，让我对嵌入式这门课程有了更加深刻的了解，将理论联系实际，锻炼了动手能力的同时也对课程得到了进一步巩固，同时也认识到自己在一些学习上的不足，以后还要继续努力，提升动手能力及程序的编写来学好这门课程。