1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南 華 大 學 電氣工程學院2010年十二月“超聲波測距電路”作品簡介（論文）作品名稱：基于單片機的超聲波測距電路 姓名： 某 某 班級： 自動化？班 學號： ？ 聯(lián)系電話： ？ 摘 要距離，又可稱為位移量，是工業(yè)五大量度之一。測距廣泛用于諸如汽車倒車、物位檢測、智能避障等方面。距離的測量對于生產(chǎn)工作是至關重要的?，F(xiàn)行的測距方法有很多種，本電路采取了超聲波測距方案。由于超聲波指向性強、傳輸距離遠，采用超聲波測距是一種既方便又快捷的方法。本方案使用了MCS-51單片機作為主控芯片，且采用了集成芯片CX20106A作為超聲波接收電路的主要芯片，如此大大簡化了外圍電路的復雜

2、程度，提高了電路的穩(wěn)定性。通過測試，本電路基本上可以測得探頭到障礙物之間的距離，達到了目的。關鍵詞：超聲波測距，MCS-51單片機，CX20106A ABSTRACT Distance,which is also called displacement quantity,is one of the five industrial measurements.The distance measurement is widely used in the area such as car backing,level detection,automatic obstacle avoidance and

3、so on.The distance measure is vital to the industrial production. There are many ways in current distance measurement, this circuit adoptes ultrasonic ranging scheme. Because of ultrasonic directivity of strong, long distance transmission, using ultrasonic ranging is a convenient and quick way. This

4、 solutions use MCS - 51 single-chip microcomputer as the master chip, and adopted integrated chips CX20106A as ultrasonic receiving circuit of the main chip, thus greatly simplifies the buffer circuit the complex degree, improves the stability of the circuit.Through testing, this circuit can basical

5、ly measure the distance between the sensor and the obstacle,this shall be good.KEY WORDS: ultrasonic,MCS 51 singlechip，CX20106A目 錄1、 作品名稱···························&

6、#183;··（4）2、 方案的比較與選擇······················（4）3、 電路設計思路及總體結(jié)構(gòu)················（5）4、 電路的設計與成型·

7、3;····················（5）4.1供電部分····························

8、·（5）4.2微控制器部分·························（6）4.3超聲波發(fā)射部分····················

9、;···（6）4.4超聲波接收部分·······················（7）4.5溫度補償部分···················

10、3;·····（8）4.6顯示部分·····························（9）4.7整體電路及其PCB圖···········&#

11、183;······（9）5、電路軟件的設計··························（10）5.1初始化部分·············&#

12、183;··············（11）5.2超聲波發(fā)射部分························（12）5.3溫度檢測部分·······

13、;···················（12）5.4定時及中斷部分························（13）5.5液晶顯示部分··&#

14、183;·······················（13）5.6主程序························

15、3;·······（14）6、總結(jié)····································（14）7、參考文獻···

16、3;····························（15）1、作品名稱:基于單片機的超聲波測距電路。2、 方案的比較與選擇：目前基于電子技術測量距離的常用方法主要有雷達測距、激光測距、光電測距和超聲測距等。其中由于雷達測距和激光測距的條件較為苛刻且成本高，故不在方案選擇的考慮范圍之內(nèi)。下面著重比較光電測距和超

17、聲測距兩種方案。方案1：采用光電測距。一般來說，光電測距使用紅外光電管作為發(fā)射接收傳感器，如圖2.1為紅外發(fā)光二極管和接收管。圖2.1 紅外發(fā)射/接收管 紅外發(fā)射/接收信號濾波、放大信號處理、計算距離顯示 圖2.2 系統(tǒng)流程圖紅外測距反應靈敏，且安全可靠，但測量范圍很窄，并且如果要求提高精度的話，需要提高成本。方案2：采用超聲波測距。圖2.3 超聲波發(fā)射/接收頭超聲波發(fā)射/接收信號濾波、放大信號處理、計算距離顯示 圖2.4 系統(tǒng)流程圖 采用超聲波測距的優(yōu)缺點如下：優(yōu)點：超聲波對色彩和光照度不敏感，可在黑暗、有粉塵和測量透明物體的環(huán)境下使用；超聲波對電磁干擾不敏感，可在有電磁干擾等惡劣環(huán)境下工作

18、；超聲波易于集成化、小型化。缺點：超聲波會受溫度、氣流、材質(zhì)等影響；超聲波測距如欲達到一定精度，需要復雜的外圍電路支持。方案的確定：經(jīng)比較方案1與方案2，可知選用超聲波測距不失為一種可行的辦法。超聲波測距的方法主要有相位檢測法、聲波幅值檢測法、渡越時間檢測法三種。相位檢測法的測量精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受環(huán)境反射波的影響；渡越時間檢測法工作原理簡單、直觀，在硬件控制和軟件設計方面容易實現(xiàn)。本電路采用渡越時間檢測法，其原理為通過檢測超聲波的發(fā)射和接收之間的渡越時間t，通過公式s=vt計算出障礙距離，其中v為超聲波在空氣中的傳播速度。3、 電路設計思路及總體結(jié)構(gòu)：MCU顯示部分溫度

19、補償部分分析本電路的方案，總體為下面幾個部分：供電部分超聲波發(fā)射部分 超聲波接收部分圖3.1 結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)總體結(jié)構(gòu)可知，本電路的工作流程為：超聲波發(fā)射>超聲波接收>檢測時差>計算出距離>顯示如此就能細分每個環(huán)節(jié)的工作了。下面將就每個部分進行詳細解析。4、 電路的設計與成型：根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，電路可分解為以下部分，在此進行詳細分析。4.1供電部分：供電部分為整個電路提供可靠的電源。圖4.1.1為電源電路部分。 圖4.1.1 電源電路 電源電路部分依舊使用78系列穩(wěn)壓芯片作為穩(wěn)壓芯片。由于本電路只需要使用到5V電壓，故此方案簡單方便且合用。4.2微控制器部分：本電路采用了STC

20、89C52作為主控電路，圖4.2.1為微控制器電路。圖4.2.1 微控制器電路 STC89C52為STC公司的一款通用單片機，其操作簡便，功能強大，適用于簡單的控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和動作控制方面。4.3超聲波發(fā)射部分：超聲波發(fā)射部分需要用單片機產(chǎn)生一個頻率為40kHz左右的方波來帶動發(fā)射頭的壓電晶片來起振，從而發(fā)射出超聲波。 圖4.3.1 超聲波換能器 圖4.3.2 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖4.3.3為超聲波發(fā)射部分的電路：圖4.3.3 超聲波發(fā)射電路由于單片機端口輸出功率不夠，所以經(jīng)單片機產(chǎn)生的40 kHz方波脈沖信號T分成兩路，一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極；另一路經(jīng)兩級反相

21、器后送到超聲波換能器的另一個電極。再加上兩個上拉電阻TR1和TR2，可有效提高74LS04的帶負載能力。4.4超聲波接收部分：超聲波接收部分的任務是接收到返回的超聲波信號并對其進行濾波、放大、整形。由于用分立元件搭建超聲波接收電路的效果很差，而且電路元件的參數(shù)不容易用常用元件達到，故超聲波接收電路采用了索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CX20106，得到一個負脈沖送給單片機的P3.2(INT0)引腳，以產(chǎn)生一個中斷。CX20106的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.4.1所示：圖4.4.1 CX20106內(nèi)部結(jié)構(gòu)CX20l06A是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外接收芯片，也適用于超聲波接收。其采用單列8腳直插式，小型封裝，+5V供

22、電，使用方便，功能強大。超聲波接收電路如圖4.4.2所示。圖4.4.2 超聲波接收電路超聲波接收電路工作過程如下：接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適幅值的矩形脈沖，由濾波器進行頻率選擇，濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送給輸出端7腳。當接收到與CX20106濾波器中心頻率38kHz相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低電平。將此低電平信號輸出給單片機的外部中斷0，即可產(chǎn)生一個中斷信號。4.5溫度補償部分：由常識可知，聲波在空氣中的傳播速度首溫度的影響。如果在計算距離時忽略這個影響，會造成不小的誤差，尤其在對距離測量有精度要求時，溫度因素更加不可忽略了。所以本電路特地加上了溫度

23、補償環(huán)節(jié)。如圖4.5.1為溫度測量電路。圖4.5.1 溫度測量電路本電路采用了DALLAS公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器DS18B20作為測溫電路芯片，它具有結(jié)構(gòu)小巧、操作簡便且功耗小的優(yōu)點，被廣泛用在各種溫度測量的場合。4.6顯示部分： 本電路采用12864液晶顯示器作為顯示部分，其突出優(yōu)點就是可以顯示漢字等字符，且與單片機的借口簡單，操作方便。如圖4.6.1為顯示部分的電路圖。圖4.6.1 顯示部分電路圖4.7整體電路及其PCB圖：整體電路（不包含單片機部分）的電路圖如圖4.7.1所示。圖4.7.1 整體電路如圖，接口P1用來與單片機交流。PCB圖如圖4.7.2所示。圖4.7.2 PCB印制板圖

24、5、電路軟件的設計： 圖5.1 軟件流程圖由圖可知，軟件部分包括初始化部分、超聲波發(fā)射部分、定時及中斷部分、溫度檢測部分和液晶顯示部分。下面分別對這幾部分進行列舉：5.1初始化部分：初始化部分完成對溫度檢測部分、液晶顯示部分和定時中斷部分的初始化，其函數(shù)分別如下：溫度檢測初始化函數(shù)：void init_18B20(void) reset_18B20();/總線復位 wbyte_18B20(0xcc);/忽略檢查ROM匹配操作 wbyte_18B20(0x4e);/設置寫模式（寫暫存器） wbyte_18B20(0x1f);/寫溫度計配置寄存器12864液晶初始化函數(shù)：void init_128

25、64() delay_ms_12864(40); /大于40MS的延時程序 psb=1; /設置為8BIT并口工作模式 delay_12864(1); /延時 res=0; /復位 delay_12864(1); /延時 res=1; /復位置高 delay_12864(10); worder_12864(0x30); /功能設定 delay_12864(37); /大于37uS的延時程序 worder_12864(0x08); /顯示狀態(tài)開/關 delay_12864(100); /大于100uS的延時程序 worder_12864(0x10); /游標或顯示移位控制 delay_12864

26、(100); /大于100uS的延時程序 worder_12864(0x0c); /顯示狀態(tài),D=1,顯示開 delay_12864(100); /大于100uS的延時程序 worder_12864(0x01); /清除顯示 delay_12864(10); /大于10mS的延時程序 worder_12864(0x06); /Enry Mode Set,光標從右向左加1位移動 delay_12864(100); /大于100uS的延時程序定時中斷初始化程序：void int_init()TMOD=0x02;/設置定時器為8位自動重裝模式TH0=206;/定時器0,計時中斷一次為50us，用于記

27、INT0時間TL0=206;EA=1;/開總中斷ET0=1;/開定時器0中斷EX0=1; IT0=1;TR0=0;5.2超聲波發(fā)射部分：超聲波發(fā)射部分由空函數(shù)“_nop_()”進行延時并把端口反相，如此在延時適當?shù)臅r候就能從端口得到40kHz的方波脈沖了。超聲波發(fā)射部分的函數(shù)如下：void waveo()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();wave=wave;5.3溫度檢測部分：由于DS18B20為單總線結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)都是串行輸入輸出的，所以需要單片機對其進行控制。這里需要注意，單總線協(xié)議的時序要求非常嚴格，所以編寫程序時需要多加小心。以下為溫度檢測

28、部分的程序。uint getdat_18B20()float c;uint temp;uchar h,l;conv_18B20();reset_18B20();delay_18B20(1);/稍作延時wbyte_18B20(0xcc);wbyte_18B20(0xbe);/發(fā)送讀取溫度數(shù)據(jù)的命令l=rbyte_18B20();/讀取低8位h=rbyte_18B20();/讀取高8位flag_18B20=h&0x80;if(flag_18B20) /最高位為1，溫度為負temp=h;temp=temp<<8;/讀取的高8位數(shù)據(jù)裝在temp高8位temp=temp|l;temp

29、=temp+1;c=temp*0.0625;temp=c*100+0.5;elsetemp=h;temp=temp<<8;temp=temp|l;c=temp*0.0625;temp=c*100+0.5;return(temp); /溫度整數(shù)部分2位，小數(shù)部分2位5.4定時及中斷部分：定時部分用來量度超聲波發(fā)射及接收之間的時差，中斷部分用來確定接收到回波的具體時間。以下為定時及中斷的程序：定時器0：void timer0() interrupt 1tim+;外部中斷0：void EX0_int()interrupt 0TR0=0;cal();display();其中，定時器0中的t

30、im用來計數(shù)，代表tim個定時時間內(nèi)，超聲波跑了一個來回；外部中斷中，先把定時器給關掉，然后調(diào)用cal()子函數(shù)對渡越時間進行處理，接著把距離計算出來。最后調(diào)用display()函數(shù)，把結(jié)果顯示在液晶屏上。5.5液晶顯示部分：液晶顯示部分用來把數(shù)據(jù)顯示出來，以下為其函數(shù)。void worder_12864(uchar dat)/給12864寫指令rs=0;/rs為0表示指令，為1表示數(shù)據(jù)rw=0;/rw為0表示寫，為1表示讀delay_12864(10);en=1;delay_12864(10);P0=convert(dat);/convert()只用在開發(fā)板上，若是自己做的正常的12864則

31、去掉之delay_12864(10);en=0;void wdata_12864(uchar dat)rs=1;rw=0;delay_12864(10);en=1;delay_12864(10);P0=convert(dat);delay_12864(10);en=0;5.6主函數(shù)：為了節(jié)省空間，本程序的測溫部分和顯示部分都被封裝在了頭文件里，主函數(shù)中只需要負責初始化部分和發(fā)出脈沖部分，以下為其函數(shù)體：void main()uchar q=10;init_12864();init_18B20();int_init();while(1)TR0=1;while(q-)waveo();q=10;delay();在主函數(shù)的循環(huán)體while(1)中，先發(fā)出五個40kHz脈沖，然后延時20ms。延時過后再檢測回波信號，這樣可以避免接收頭直接接收到