计算机通信论文：超声波测距仪设计.doc

目录 引言 1 第1章 方案选择及总体设计 2 第2章 硬件设计及电路图 4 2.1 电路的主控制器 4 2.2 超声波测距仪发射电路 4 2.3 超声波测距仪的检测接收电路 5 2.4 超声波显示电路及超声波报警电路 6 第3章 软件设计及程序清单 8 3.1 主程序及定时中断服务子程序流程图 8 3.2 40kHz脉冲的产生与超声波发射 8 3.3 超声波的接收处理及计算超声波传播时间 9 第4章 实物制作与调试说明 10 4.1 材料的选择及印刷电路板的设计与制作 10 4.2 单片机测试 11 4.3 硬件电路制作及软件调试 11 4.4 超声波测距仪的调试及误差分析 11 使用说明书 12 结束语 13 参考文献 14 附录 15 引言 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。简单的说，单片机就是一个微处理器芯片。一般我们最常用的单片机是89c51。单片机工作离不开软件,即固化在存储器中的已设计好的程序.所有带单片的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关.但它的最基本的原理是一样的,即: 1) 从输入接口接收来自外界的信息存入存储器. 这些信息主要包括二部分:来自诸如温度压力等传感器的信息; 来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作. 2) 单片机中的CPU根据程序对输入的数据进行高速运算处理. 3) 将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构,如继电器,灯泡等. 当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息,并及时作出不同的处理使系统正常运行。 本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试。利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89S51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。 方案选择及总体设计 方案一：利用分立模块的超声波测距仪 系统包括超声波测距模组、LED数码显示模组、驱动模组控制模组及电源五部分。超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制（如图1-1所示）；超声波换能器谐振在40KHz的频率，模块上带有40KHz方波产生电路。 显示模块是一个8位段数码显示的LCD；测量结果的显示用到三位数字段码，格式为X点XX米，同时还用两位数字段码显示数据的个数。 电源采用9V的DC电源输入，经稳压管后得出5V以及3.3V的电源供系统各部分电路使用。 系统结构 图1-1 超声波测距模块组硬件框图 优点：具有历史数据存储功能、出错管理功能。 缺点：能测的最小距离比较长，不能实现双向测距，电路复杂性能稳定性不高。 方案二：基于单片机AT89S51的超声波测距仪 单片机（AT89S51）发出短暂的40KHZ信号，经放大后通过超声波换能器输出：反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，得出时间t，再由系统软件对其进行计算、判断后，相应的计算结果被送至LCD显示电路进行显示，若测得的距离超出设定范围系统将提示声音报警电路报警。 AT89S51通过外部引脚P2.0输出脉冲宽度为25/us，载波为40KHZ超声波脉冲串，加到射随器的基极，经功率放大推动超声波发射器发射出去。超声波接收器将接收到的反射超声波送到放大器进行放大，然后用锁相环电路进行检波。经处理后输出低电平，送到AT89S51引脚。超声波测距仪的总体设计框图（如图1-2所示）单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和回收的时间差tr，然后求出距离S=Ct/2，式中的c 为超声波波速。 图1-2 超声波测距仪的总体设计框图 限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接受能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。我们设计采用的是该方案二。 由于超声波属于声波范围，其波速c与温度有关，表一。列出了几种不同温度下的波速。 表一 波速与温度关系表 温度/℃ -20 -10 0 10 20 30 100 波速/m/s 319 325 323 338 344 349 386 第二章 硬件设计及电路图 2.1 电路的主控制器 A