1、西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc342810599 1 前言 PAGEREF _Toc342810599 h 1 HYPERLINK l _Toc342810600 1.1課題的研究背景和意義 PAGEREF _Toc342810600 h 1 HYPERLINK l _Toc342810601 1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc342810601 h 1 HYPERLINK l _Toc342810602 1.3 課題設(shè)計的任務(wù)和要求 PAGEREF _Toc342810602 h 2

2、HYPERLINK l _Toc342810603 2 總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc342810603 h 3 HYPERLINK l _Toc342810604 2.1 本設(shè)計的研究方法 PAGEREF _Toc342810604 h 3 HYPERLINK l _Toc342810605 2.2系統(tǒng)整體方案的設(shè)計 PAGEREF _Toc342810605 h 3 HYPERLINK l _Toc342810606 2.3 系統(tǒng)整體方案的論證 PAGEREF _Toc342810606 h 3 HYPERLINK l _Toc342810607 2.4 超聲波測距原理 PAGER

3、EF _Toc342810607 h 3 HYPERLINK l _Toc342810608 2.4.1 超聲波概述 PAGEREF _Toc342810608 h 3 HYPERLINK l _Toc342810609 2.4.2 超聲波傳感器介紹 PAGEREF _Toc342810609 h 4 HYPERLINK l _Toc342810610 2.4.3 超聲波測距的原理 PAGEREF _Toc342810610 h 5 HYPERLINK l _Toc342810611 3 單元模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc342810611 h 7 HYPERLINK C:UsersNaj

4、oDesktop超聲波測距儀設(shè)計超聲波測距儀設(shè)計超聲波測距儀設(shè)計（正文）.doc l _Toc342810612 US-100超聲波測距模塊 PAGEREF _Toc342810612 h 7 HYPERLINK l _Toc342810613 3.1單片機(jī)主芯片電路 PAGEREF _Toc342810613 h 7 HYPERLINK l _Toc342810614 3.1.1 時鐘電路 PAGEREF _Toc342810614 h 8 HYPERLINK l _Toc342810615 3.1.2復(fù)位電路 PAGEREF _Toc342810615 h 8 HYPERLINK l _T

5、oc342810616 3.2 US-100超聲波測距模塊 PAGEREF _Toc342810616 h 9 HYPERLINK l _Toc342810617 3.2.1 概述 PAGEREF _Toc342810617 h 9 HYPERLINK l _Toc342810618 3.2.2 主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc342810618 h 9 HYPERLINK l _Toc342810619 3.2.3 接口說明 PAGEREF _Toc342810619 h 10 HYPERLINK l _Toc342810620 3.2.4 電平觸發(fā)測距工作原理 PAGEREF _To

6、c342810620 h 10 HYPERLINK l _Toc342810621 3.2.5 超聲波測距的系統(tǒng)及其組成 PAGEREF _Toc342810621 h 11 HYPERLINK l _Toc342810622 3.3 顯示電路模塊 PAGEREF _Toc342810622 h 11 HYPERLINK l _Toc342810623 3.4 聲光報警 PAGEREF _Toc342810623 h 12 HYPERLINK l _Toc342810624 3.5 電源電路 PAGEREF _Toc342810624 h 12 HYPERLINK l _Toc34281062

7、5 3.6 按鍵設(shè)置 PAGEREF _Toc342810625 h 13 HYPERLINK l _Toc342810626 4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc342810626 h 14 HYPERLINK l _Toc342810627 4.1 主程序設(shè)計 PAGEREF _Toc342810627 h 14 HYPERLINK l _Toc342810628 4.2 超聲波測距主程序的程序 PAGEREF _Toc342810628 h 15 HYPERLINK l _Toc342810629 5 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc342810629 h 26 HYPERLINK

8、l _Toc342810630 5.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc342810630 h 26 HYPERLINK l _Toc342810631 5.2 軟件測試 PAGEREF _Toc342810631 h 26 HYPERLINK l _Toc342810632 6 系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù) PAGEREF _Toc342810632 h 27 HYPERLINK l _Toc342810633 6.1 系統(tǒng)功能 PAGEREF _Toc342810633 h 27 HYPERLINK l _Toc342810634 6.2 指標(biāo)參數(shù) PAGEREF _Toc342810634 h

9、27 HYPERLINK l _Toc342810635 7 結(jié)論 PAGEREF _Toc342810635 h 28 HYPERLINK l _Toc342810636 8 總結(jié)與體會 PAGEREF _Toc342810636 h 29 HYPERLINK l _Toc342810637 8.1本設(shè)計總結(jié) PAGEREF _Toc342810637 h 29 HYPERLINK l _Toc342810638 8.2 對設(shè)計的進(jìn)一步完善提出意見或建議 PAGEREF _Toc342810638 h 29 HYPERLINK l _Toc342810639 9 致謝 PAGEREF _To

10、c342810639 h 30 HYPERLINK l _Toc342810640 10 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc342810640 h 31 HYPERLINK l _Toc342810641 附錄一：超聲波測距儀原理圖 PAGEREF _Toc342810641 h 32 HYPERLINK l _Toc342810642 附錄二：超聲波測距儀PCB圖 PAGEREF _Toc342810642 h 33 第33頁1 前言1.1課題的研究背景和意義超聲波是指頻率高于20KHz的聲波，屬于機(jī)械波的范疇，遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)

11、入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等，正是因為有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技水平的不斷提高，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，超聲波測量精度高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞，超聲波測距技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于人們生活和工作中。由于超聲波測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色的影響，比其他儀器更衛(wèi)生，具有不污染、高可靠、長壽命等特點，被廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、污水處理廠、食品、水文、等行業(yè)中，可在不同環(huán)境中進(jìn)行距離的準(zhǔn)確度在標(biāo)定，可直接用于水酒精、糖等液位控制，能達(dá)到工業(yè)實用的指標(biāo)要求。還可以用于移動機(jī)器人的視覺系統(tǒng)中，這樣可使機(jī)器人自動躲避障礙物行走，及時獲得

12、障礙物的位置信息，同時超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些特點，在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛應(yīng)用。1.2 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國際國內(nèi)，在超聲波測距方面的研究方向和水平的不同，主要體現(xiàn)在對測距原理、超聲波信號處理方法和超聲波測距處理器的選用上。常見的超聲波測距原理分為渡越時間法和相位差法兩種。信號的處理方法大致分為閾值檢驗法、互相關(guān)延時估計法、偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻測距法和最小均方法四種。在處理器方面大多以單片機(jī)為主，其中以51系列應(yīng)用最為廣泛，采用運算速度更快，效率更高dsp芯片作為處理器，也正成為一個非?；钴S的研究方向。目前已研制的超聲波測距儀中，量程一般為3-12m，美國AIRMAR公司生產(chǎn)的

13、airducer AR30超聲波傳感器的作用距離可達(dá)30m，但價格昂貴，準(zhǔn)確度方面已控制在測量誤差的0.4%左右，與真值的差距在厘米級的范圍內(nèi)，若采用互相關(guān)或偽隨機(jī)法，最高可控制在0.05m內(nèi)，在提高精確度方面，超聲波測距還有很大的發(fā)展?jié)摿蜕仙臻g。1.3 課題設(shè)計的任務(wù)和要求通過本課題的研究，將所學(xué)到的知識用在實踐中并有所創(chuàng)新和進(jìn)步。該設(shè)計可廣泛應(yīng)用在生活、軍事、工業(yè)等各個領(lǐng)域，它需要設(shè)計者有較好的數(shù)電、模電知識，并且有一定的編程能力，綜合運用所學(xué)的知識實現(xiàn)對超聲波發(fā)射與接收信號進(jìn)行控制，通過單片機(jī)程序?qū)Τ暡ㄐ盘栠M(jìn)行相應(yīng)的分析、計算、處理最后顯示在1602液晶上。利用單片機(jī)的優(yōu)勢設(shè)計該超

14、聲波測距儀。2、該測距儀可直接從LCD顯示屏上讀出所測得的距離值，測量范圍為2cm-450cm，該測距儀的測量精度高達(dá)0.3cm3、利用按鍵設(shè)置測距的上下限，并進(jìn)行聲光報警提示。4、設(shè)計產(chǎn)品用途：廣泛應(yīng)用于防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。2 總體方案設(shè)計2.1 本設(shè)計的研究方法本設(shè)計選用US-100超聲波測距模塊。了解超聲波測距的原理，只有對理論知識有一定的學(xué)習(xí)才能運用到實際操作中。根據(jù)US-100超聲波測距模塊的硬件結(jié)構(gòu)電路。對電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接收，從而實現(xiàn)利用超聲波測距的方法測量物體之間的距離。具體設(shè)計一個基于單片機(jī)的超聲波測距器，包括

15、單片機(jī)控制電路，發(fā)射電路，接收電路，液晶顯示電路。2.2系統(tǒng)整體方案的設(shè)計由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本文采用STC89C52單片機(jī)

16、作為控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)液晶數(shù)字顯示，并通過按鍵設(shè)置系統(tǒng)報警的最小值和安全范圍。報警電路主要作用是對距離較近時進(jìn)行報警。根據(jù)實際情況，當(dāng)距離大于3.5m時，可認(rèn)為是安全狀態(tài)，液晶顯示“”標(biāo)志；在3.5m和1m之間時認(rèn)為是正常的，顯示實測距離；小于2.3 系統(tǒng)整體方案的論證超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設(shè)計采用反射波方式。測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓

17、電效應(yīng)的傳感器，常用的材料是壓電陶瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。2.4 超聲波測距原理2.4.1 超聲波概述超聲波是一種頻率超過20的機(jī)械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦苑瓷洹⒄凵?、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。利用超聲檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及

18、一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。超聲波測量在國防、航空航天、電力、石化、機(jī)械、材料等眾多領(lǐng)域具有廣泛的作用，它不但可以保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強(qiáng)，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內(nèi)部情況。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點，有利于工程實際使用。2.4.2 超聲波傳感器介紹超聲波傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲波傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要包括壓電傳感器、磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。

19、流體動力型包括有氣體和液體兩種類型的哨笛。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲波傳感器稱為探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。壓電傳感器屬于超聲波傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英、鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在

20、其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加上有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定

21、范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣等媒介，便會產(chǎn)生超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的逆向壓電效應(yīng)來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個壓電晶片和一個錐形振子，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動錐形振子振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)錐形振子接

22、收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。圖2.1 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率f0。發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制作成各種頻率的超聲波傳感器。一般常用的超聲波傳感器有兩種：專用型和兼用型。專用型是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發(fā)送器和接收器是一體的傳感器，既可以發(fā)送超聲波，又可以接收超聲波。2.4.3 超聲波測距的原理超

23、聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計時。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計時器記錄的時間，發(fā)射點距障礙物的距離，如圖2.2所示 圖2.2 超聲波測距原理 圖2.2中被測距離為H，兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用表示，由圖可得： (1) (2)將式(2)帶入式(1)得： (3)在整個傳播過程中，超聲波所走過的距離為： (4)式中：為超聲波的傳播速度，為傳播時間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時間。將式(4)帶入式(3)可得： (5)當(dāng)被測距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時，式(5)變?yōu)椋?(6

24、)這就是所謂的時間差測距法。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離2。由于是利用超聲波測距，要測量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù)定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波信號和防止外界干擾信號的干擾。經(jīng)分析和大量實驗表明，頻率為40左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。3 單元模塊設(shè)計硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路、聲光報警輸出電路、供

25、電電路等幾部分，如圖3.1所示。單片機(jī)采用STC89C52，系統(tǒng)晶振采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P3.6端口產(chǎn)生10us高電平的觸發(fā)信號， US-100超聲波測距模塊發(fā)射探頭循環(huán)發(fā)出8個40kHz的方波信號，P3.7端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用液晶1602顯示超聲波測得距離。單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)(STC89C52)聲光報警電路供電單元顯示模塊US-100超聲波測距模塊圖3.1 系統(tǒng)整體框圖3.1單片機(jī)主芯片電路STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在

26、單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線， HYPERLINK /view/1313309.htm t _blank 看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位 HYPERLINK /view/281961.htm t _blank 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種 HYPERLINK /view/37.ht

27、m t _blank 軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。圖3.2 單片機(jī)芯片STC89C52的電路圖3.1.1 時鐘電路首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機(jī)的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。單片

28、機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有6MHz、110592MHz、12MHz、本系統(tǒng)采用110592MHz晶振，電容選30pF，電路如圖3.3 。圖3.3 晶振電路圖3.1.2復(fù)位電路系統(tǒng)剛上電時，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時間，也就是復(fù)位時間。一個穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動復(fù)位等，電路如圖3.4 。 圖3.3 復(fù)位電路圖3.2 US-100超聲波測距模塊3.2.1 概述US-100超聲波測距模塊可實現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測距功能，擁有2.45.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距

29、結(jié)果進(jìn)行校正，同時具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。本模塊如圖3.4和圖3.5所示： 圖3.4 US-100正面圖 圖3.5 US-100背面圖3.2.2 主要技術(shù)參數(shù)表3.1電氣參數(shù)US-100超聲波測距模塊工作電壓DC 2.4V5.5V靜態(tài)電流2mA工作溫度-20+70度輸出方式電平或UART（跳線帽選擇）感應(yīng)角度小于15度探測距離2cm探測精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無奇偶校驗，無流控制。3.2.3 接口說明本模塊共有兩個接口，即模式選擇跳線和5 Pin接口。模式選擇跳線的間距為2.54mm，當(dāng)插

30、上跳線帽時為UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發(fā)模式。5 Pin接口從左到右依次編號1,2,3,4,5。它們的定義如下：1號Pin：接VCC電源（供電范圍2.4V5.5V）；2號Pin：當(dāng)為UART模式時，接外部電路UART的TX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的Trig端；3號Pin：當(dāng)為UART模式時，接外部電路UART的RX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的Echo端；4號和5號Pin：接外部電路的地。3.2.4 電平觸發(fā)測距工作原理在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發(fā)模式。電平觸發(fā)測距的時序如圖3.6所示： 3.6 US-100測距時序圖圖3.6表明：

31、只需要在Trig/TX管腳輸入一個10US以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當(dāng)檢測到回波信號后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過Echo/RX管腳輸出。在此模式下，模塊將距離值轉(zhuǎn)化為340m/s時的時間值的2倍，通過Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時間來計算距離值。即距離值為：(高電平時間*340m/s)/2。注：因為距離值已經(jīng)經(jīng)過溫度校正，此時無需再根據(jù)環(huán)境溫度對超聲波聲速進(jìn)行校正，即不管溫度多少，聲速選擇340m/s即可。3.2.5 超聲波測距的系統(tǒng)及其組成單片機(jī)STC89C52通過P3.6端

32、口產(chǎn)生10us高電平的觸發(fā)信號， 使US-100超聲波測距模塊發(fā)射探頭循環(huán)發(fā)出8個40kHz的方波信號，然后檢測回波信號。當(dāng)檢測到回波信號后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過Echo/RX管腳輸出，同時單片機(jī)P3.7端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。電路如圖3.7所示：圖3.73.3 顯示電路模塊1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 HYPERLINK /view/545607.htm t _blank 點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間

33、有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能顯示圖形。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地；第2腳：VDD接5V電源正極；第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作；第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端； 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端；第1516腳：空

34、腳或背燈電源，15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。液晶1602接口電路如圖3.8所示：圖3.8 液晶1602接口電路3.4 聲光報警當(dāng)所測得的距離小于設(shè)置的報警距離時，P1.3口為低電平，紅色發(fā)光二極管D6亮，提醒司機(jī)注意；當(dāng)所測得的距離在安全距離范圍內(nèi)時，P1.4口為低電平，黃色發(fā)光二極管D8亮，從而可以起到光報警的作用。當(dāng)P1.2口輸入低電平時三極管Q1導(dǎo)通蜂鳴器響，當(dāng)P1.2口輸入高電平時三極管Q1截止蜂鳴器不響，從而起到聲音報警的作用。電路如圖3.9 和 3.10 。 圖3.9 聲音報警圖3.10 光報警3.5 電源電路電源電路主要是為系統(tǒng)提供電源，在本設(shè)計中，為了使電路簡單，我們直接用U

35、SB接口提供5V直流電源為電路供電。圖3.11中的第2個圖是電源指示燈電路，指示是否給系統(tǒng)加電， 圖3.11 電源電路3.6 按鍵設(shè)置通過按鍵設(shè)置系統(tǒng)報警的最小值和安全范圍。報警電路主要作用是在距離較近時進(jìn)行報警。根據(jù)實際情況，當(dāng)距離大于3.5m時，可認(rèn)為是安全狀態(tài)，液晶顯示“-”標(biāo)志；在3.5m和1m之間時認(rèn)為是正常的，顯示實測距離；小于1m時，應(yīng)提醒注意，系統(tǒng)發(fā)出報警功能。通過按鍵S2選擇最小值L或最大值H的設(shè)定；S5和S4圖3.12 按鍵電路4 軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計超聲波測距的軟件設(shè)計主要由超聲波發(fā)生與接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求

36、精細(xì)計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時器/計數(shù)器T0工作方式為方式1且為定時模式，開總中斷允許位EA和T0中斷允許位ET0。所有的流程框圖如下所示：初始化開始發(fā)送觸發(fā)信號TX回波信號RX=1?初始化開始發(fā)送觸發(fā)信號TX回波信號RX=1?啟動定時器T0RX=0？關(guān)閉定時器T0計算顯示、報警NNYY外部中斷關(guān)外部中斷按鍵設(shè)置開外部中斷返回圖4.1 主程序設(shè)計框圖4.2 超聲波測距主程序的程序#include /器件配置文件#include sbit RX=P37;sbit TX=P36;sbit LCM_RW=P16; /定義LCD

37、引腳sbit LCM_RS=P15;sbit LCM_E=P17;sbit SET=P32;sbit UP=P26;sbit DOWN=P27;sbit BUZ=P12;sbit D1=P13;sbit D2=P14;#define LCM_Data P0#define Busy 0 x80 /用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標(biāo)識#defineucharunsigned char#defineuintunsigned int unsigned long SET_H=35,SET_L=10;void LCMInit(void);void DisplayOneChar(uchar X, uchar

38、 Y, uchar DData);void DisplayListChar(uchar X, uchar Y, uchar code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void);void Decode(uchar ScanCode);void WriteDataLCM(uchar WDLCM);void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,BuysC);uchar ReadDataLCM(void);uchar ReadStatusLCM(void);uchar code mcustudio =Set:L1.0M H3

39、.5M ;uchar code email = 153607297;uchar code Distance= Distance： ;uchar code Cls = ;uchar code ASCII15 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,M;static uchar DisNum = 0; /顯示用指針 uint time=0; unsigned long S=0; bit flag =0; uchar disbuff4 = 0,0,0,0,;/寫數(shù)據(jù)void WriteDataLCM(uchar WDLCM) ReadStatusLCM(); /檢測忙LCM_Data =

40、 WDLCM;LCM_RS = 1;LCM_RW = 0;LCM_E = 0; /若晶振速度太高可以在這后加小的延時LCM_E = 0; /延時LCM_E = 1;/寫指令void WriteCommandLCM(uchar WCLCM,BuysC) /BuysC為0時忽略忙檢測if (BuysC) ReadStatusLCM(); /根據(jù)需要檢測忙LCM_Data = WCLCM;LCM_RS = 0;LCM_RW = 0;LCM_E = 0;LCM_E = 0;LCM_E = 1;/讀數(shù)據(jù)uchar ReadDataLCM(void)LCM_RS = 1; LCM_RW = 1;LCM_E

41、 = 0;LCM_E = 0;LCM_E = 1;return(LCM_Data);/讀狀態(tài)uchar ReadStatusLCM(void)LCM_Data = 0 xFF; LCM_RS = 0;LCM_RW = 1;LCM_E = 0;LCM_E = 0;LCM_E = 1;while (LCM_Data & Busy); /檢測忙信號return(LCM_Data);void LCMInit(void) /LCM初始化LCM_Data = 0;WriteCommandLCM(0 x38,0); /三次顯示模式設(shè)置，不檢測忙信號Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0

42、x38,0);Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0 x38,0);Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0 x38,1); /顯示模式設(shè)置,開始要求每次檢測忙信號WriteCommandLCM(0 x08,1); /關(guān)閉顯示W(wǎng)riteCommandLCM(0 x01,1); /顯示清屏WriteCommandLCM(0 x06,1); / 顯示光標(biāo)移動設(shè)置WriteCommandLCM(0 x0F,1); / 顯示開及光標(biāo)設(shè)置/按指定位置顯示一個字符void DisplayOneChar(uchar X, uchar Y, uchar DData)Y &

43、= 0 x1;X &= 0 xF; /限制X不能大于15，Y不能大于1if (Y) X |= 0 x40; /當(dāng)要顯示第二行時地址碼+0 x40;X |= 0 x80; /算出指令碼WriteCommandLCM(X, 1); /發(fā)命令字WriteDataLCM(DData); /發(fā)數(shù)據(jù)/按指定位置顯示一串字符void DisplayListChar(uchar X,uchar Y, uchar code *DData)unsigned char ListLength; ListLength = 0;Y &= 0 x1;X &= 0 xF; /限制X不能大于15，Y不能大于1while (DD

44、ataListLength0 x19) /若到達(dá)字串尾則退出if (X SET_H*100)|flag=1) /超出測量范圍顯示“-” flag=0;BUZ=1;D1=1;D2=1;DisplayOneChar( 9, 1, ASCII11);DisplayOneChar(10, 1, ASCII10);/顯示點DisplayOneChar(11, 1, ASCII11);DisplayOneChar(12, 1, ASCII11);DisplayOneChar(13, 1, ASCII11);DisplayOneChar(14, 1, ASCII12);/顯示M else if(S20) S

45、ET_L = 2 ;H = SET_L/10;L = SET_L%10;DisplayOneChar(5,0,ASCIIH);DisplayOneChar(6,0,ASCII10);DisplayOneChar(7,0,ASCIIL);if(!DOWN) while(!DOWN); /等待按鍵松開SET_L-;if(SET_L45) SET_H = 21 ;H = SET_H/10;L = SET_H%10;DisplayOneChar(11,0,ASCIIH);DisplayOneChar(12,0,ASCII10);DisplayOneChar(13,0,ASCIIL);if(!DOWN)

46、 while(!DOWN); /等待按鍵松開SET_H-;if(SET_H21) SET_H = 45 ;H = SET_H/10;L = SET_H%10;DisplayOneChar(11,0,ASCIIH);DisplayOneChar(12,0,ASCII10);DisplayOneChar(13,0,ASCIIL);void int0 () interrupt 0EX0=0;delayms(30);/20MSkeyscan();delayms(20);EX0=1; void main(void)uchar TempCyc;BUZ=1;D1=1;D2=1;Delay400Ms(); /

47、啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài)LCMInit(); /LCM初始化Delay5Ms(); /延時片刻(可不要)DisplayListChar(0, 0, mcustudio);DisplayListChar(0, 1, email);ReadDataLCM();/測試用句無意義for (TempCyc=0; TempCyc10; TempCyc+)Delay400Ms(); /延時DisplayListChar(0, 1, Cls);DisplayListChar(0, 1, Distance);while(1)TMOD=0 x01; /設(shè)T0為方式1，GATE=1；TH0=0;TL0=0;

48、ET0=1; /允許T0中斷EA=1;EX0=1;IT0=0; /開啟總中斷while(1)/ keyscan();StartModule(); while(!RX);/當(dāng)RX為零時等待 TR0=1; /開啟計數(shù) while(RX);/當(dāng)RX為1計數(shù)并等待 TR0=0;/關(guān)閉計數(shù) Conut();/計算delayms(60);/60MS 5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件調(diào)試在完成電路圖的仿真之后，進(jìn)入了實物設(shè)計，實物設(shè)計主要是對自己所設(shè)計的電路圖進(jìn)去焊接。在完成第一部分的焊接后，要對一些部件進(jìn)行電壓的測量，第一部分的焊接主要焊接電阻，電源，USB接口，發(fā)光二極管等，焊接完成后，我們接上USB接口，發(fā)現(xiàn)

49、電路板上的USB接口處的發(fā)光二極管發(fā)亮，這說明已經(jīng)通電，之后我們使用萬用表對USP接口，穩(wěn)壓二極管，電源進(jìn)行電壓的測量，測量出來的電壓值均在+5.00V左右，說明之前焊接的電路正確。 之后我們斷開電源再將電路素所需要的芯片的連接板和電容等器件焊接到電路板上，焊接時必須注意芯片和電容的正負(fù)極，例如電容的正負(fù)極判斷為“長正短負(fù)”，就是電容所接的長的那根導(dǎo)線接正極，短的那根接負(fù)極。在焊接完成之后，我們再次接通電源和USP接口的電源，按下開關(guān)電源，USB接口處的發(fā)光二極管再次發(fā)亮，此時再次用萬用表對電路板的電源，穩(wěn)壓二極管，USB接口及其各個芯片和單片機(jī)進(jìn)行電壓的測量，測量出來的全部都在+5.00V，

50、說明電路正確，此時我們將所用的芯片包括單片機(jī)接上電路板，然后開啟電源，將程序載入單片機(jī)運行整個電路。焊接完每個模塊以后，再進(jìn)行模塊的單獨測試，以確保在整個系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的STC89C52單片機(jī)機(jī)裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對著墻面往復(fù)移動，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會不會變化，在測量范圍內(nèi)能否正常顯示。如果一直顯示“- - -”，則需將下限值增大。本測距板1s測量4-5次，超聲波發(fā)送功率較大時，測量距離遠(yuǎn)，則相應(yīng)的上限值應(yīng)設(shè)置為低值。試驗板中的聲速設(shè)有溫度補償，可以較為準(zhǔn)確的測量。5.2 軟件測試硬件測試好后，便可將程序編譯下載到單片機(jī)試運行。在調(diào)試時我們

51、所編寫的第一個程序沒有按鍵設(shè)置功能，不能進(jìn)行上下限的設(shè)置，有很大的局限性。根據(jù)實際情況增加了這部分功能，增加了按鍵設(shè)置功能后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下按鍵時不能立即響應(yīng)，需長按設(shè)置按鈕SET。經(jīng)過我們組員仔細(xì)討論，我們決定采用中斷解決這方面的問題。其次測量精度不高，只能精確到厘米，后經(jīng)過修改程序使得精度變?yōu)楹撩住? 系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)6.1 系統(tǒng)功能由于超聲波測距是一種非接觸檢測技術(shù)，不受光線、被測對象顏色的影響，可以用于移動機(jī)器人的視覺系統(tǒng)中，這樣可使機(jī)器人自動躲避障礙物行走，及時獲得障礙物的位置信息，同時超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些特點，在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通

52、運輸業(yè)的不斷興旺，汽車的數(shù)量在不斷的增加。交通擁擠狀況也日益嚴(yán)重，撞車事件也經(jīng)常發(fā)生，造成了很多不可避免的人聲傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，面對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快、可靠性高并且比較經(jīng)濟(jì)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)顯得非常的重要。超聲波測距法是一種最常見的距離測量方法?？梢岳贸暡y距法設(shè)計一種倒車防撞報警系統(tǒng)。其主要作用是在汽車尾部與障礙物距離較近時進(jìn)行報警。根據(jù)實際情況，當(dāng)汽車尾部與障礙物距離大于3.5m時，可認(rèn)為是安全狀態(tài)，液晶顯示“”標(biāo)志；在3.5m和1m之間時認(rèn)為是正常的，顯示實測距離；小于6.2 指標(biāo)參數(shù)在主電路板中需要測量出的參數(shù)：電源電壓，穩(wěn)壓管電壓，各個芯片的電壓以及單片機(jī)的電壓，以下為各電壓

53、的值：1.電源電壓的測量值為5.00V2.穩(wěn)壓管的電壓測量值為5.02V3.單片機(jī)的電壓值為5.02V所以對于電源為5V電路來說，以上參數(shù)都是正確的。1.電路板中單片機(jī)的晶振電路中晶振元件12MHZ2.光報警電路中的限流電阻的大小為1K在聲光報警電路中當(dāng)所測得的距離小于設(shè)置的報警距離時，P1.3口為低電平，紅色發(fā)光二極管D6亮，提醒注意；當(dāng)所測得的距離在安全距離范圍內(nèi)時，P1.4口為低電平，黃色發(fā)光二極管D8亮，從而可以起到光報警的作用。當(dāng)P1.2口輸入低電平時三極管Q1導(dǎo)通蜂鳴器響，當(dāng)P1.2口輸入高電平時三極管Q1截止蜂鳴器不響，從而起到聲音報警的作用。7 結(jié)論本文主要講述了倒車?yán)走_(dá)，即超

54、聲波測距儀的原理和設(shè)計方法，設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測量距離，在距離小于1m時發(fā)出報警。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C52，采用11.0592高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)控制超聲波發(fā)射與接收模塊進(jìn)行信號的發(fā)射與接收。顯示電路采用1602液晶進(jìn)行數(shù)字顯示。實際測試證明，本超聲波測距儀的性能不是特別穩(wěn)定。超聲波測距儀還可以做如下改進(jìn)：系統(tǒng)的動態(tài)性能不高，被測物體表面移動速度很小時，可以實現(xiàn)跟蹤測量；移動速度過大，波動較大時，誤差變大?？梢匝芯扛鼮楹侠淼牟▽?dǎo)管和輔助測量手段。提高超聲波發(fā)射探頭的固有頻率。如果超聲波的固有頻率為40kHz，并假設(shè)接收信號觸發(fā)閥值建立時間滯后兩個周期，如果將超聲波的固有頻率提高至200kHz,則測試誤差將縮小5倍。增加抗干擾措施。由于超聲波測距儀測量的距離比較小，故采用TCT4