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超声波定位探测系统设计毕业论文.pdf

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超声波定位探测系统设计毕业论文.pdf

自动控制课程设计1目录摘要.ⅠAbstract...Ⅱ1.系统设计...........................................................................................................................................21.1总体方案论证................................................................................................................................21.1.1设计思路.............................................................................................................................21.1.2总体方案.............................................................................................................................21.2各部分方案论证与比较..............................................................................................................31.2.1步进电机驱动模块的设计方案与选择.............................................................................31.2.2超声波模块的设计方案与选择.........................................................................................51.2.3液晶显示模块的方案设计与选择.....................................................................................62.单元电路的设计...............................................................................................................................72.1单片机AT89S52最小系统的设计.............................................................................................72.2步进电机驱动模块的设计..........................................................................................................82.3超声波测距模块的设计..............................................................................................................82.4液晶显示模块的设计................................................................................................................133.软件设计..........................................................................................................................................143.1开发软件及编程语言简介........................................................................................................143.2软件实现方法............................................................................................................................153.2.1整体的设计.......................................................................................................................153.2.2步进电机驱动模块的实现...............................................................................................153.2.3超声波测距模块的实现...................................................................................................163.2.4液晶显示模块的实现.......................................................................................................173.2.4PC机画图模块的实现......................................................................................................173.3程序清单....................................................................................................................................174.系统调试.............................................................................................................................................184.1测试仪器与设备........................................................................................................................184.2指标测试.................................................................................................................................184.2.1步进电机驱动模块的测试...............................................................................................184.2.2超声波测距模块的测试................................................................................................194.3整机的测试................................................................................................................................215.结论.................................................................................................................................................246致谢.....................................................................................................................................................24参考文献.................................................................................................................................................24附录1元器件明细表......................................................................................................................26附录2程序清单..............................................................................................................................29附录3电路图图纸..........................................................................................................................51附录4印制板图..............................................................................................................................54附录5系统使用说明......................................................................................................................57附录6设计实物相片........................................................................................................................59自动控制课程设计21.系统设计1.1总体方案论证1.1.1设计思路本设计是采用模块化的设计思想,以单片机AT89S52最小系统为核心,由步进电机模块、超声波模块和液晶显示模块组成,实现对四周障碍物的定位探测。步进电机模块的关键问题是如何对某一点进行方向角度的定位。超声波测距模块的关键问题是如何通过超声波对距离进行测量。液晶显示模块的核心问题是如何显示角度和距离的极坐标。1.1.2总体方案总体方案方框图如1.1.2所示。通过单片机,控制步进电机的转速,以角步长8.1,从而能够在每个定位角度定,另一方面,单片机控制发射超声波传感器发射40kHz的正弦波,接收超声波传感器将接收信号进行放大整形,形成脉冲,从而控制单片机的中断,计算出距离的大小,然后发送至液晶显示,同时也发送到PC机上进行画图输出。图1.1.2系统方框图自动控制课程设计31.2各部分方案论证与比较1.2.1步进电机驱动模块的设计方案与选择该设计以单片机的I/OP2.0P2.3口作为单片机与步进电机的接口。由于I/O口驱动能力有限,而被控制的步进电机要求高电压和大电流,所以在I/O口之后必须加一个步进电机的驱动电路。下面则是对步进电机驱动电路的方案进行分析选择。方案一从单片机分别发出A、B、C、D相步进脉冲,经过光耦隔离后,再加至功率放大驱动电路。当某一路为1时,光耦不工作,CMOS管IRFP250导通。A相线圈通电,当其为0时,光耦工作,CMOS管IRFP250B极拉至低电平而截止,线圈断电。I/O口的电平,可实现A相~D相的通断电控制。电路图如图1.2.1所示。图1.2.1步进电机驱动电路方案一原理图但是CMOS管的理想工作状态是输出矩形波电压,由于绕组线圈中的电流不能突变,接通电源后绕组中的电流按指数规律上升,时间常数rLtL为绕组电感,r为绕组电阻须经过4t时间才能达到稳态电流,由于绕组电阻很小,而绕组电感却很大,因而时间常数很大,会严重影响了电机的启动频率和平稳运行。方案二采用二极管4004、三极管8050、发光二极管、5K可调电阻对电机进行驱动。三极管8050的作用是放大A、B、C、D相电压,二极管的作用是保证各相有一个起始电压,同时保证COM端高电压与各相接头的低电压间截止,从而使线圈两端有足够驱动绕组的电势差。电路原理图如图1.2.2所示。自动控制课程设计4112233445566DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeBDate200138SheetofFileE\protelDXP\Sheet4.SchDocDrawnByMMotorStep8050805080508050D1D2D3D41KR11KR21KR31KR4BACDCOMV2ABCCOMCOMD图1.2.2步进电机驱动电路方案二原理图但是,单电压驱动电路还是存在对脉冲电压响应速度慢,输出波形差和输出功率低等缺点。方案三驱动电路主要由达林顿管,光电耦合器,续流二极管等组成,电路原理图如图1.2.3所示。图1.2.3步进电机驱动电路方案三原理图该电路不仅克服了启动频率低,运行不平稳的缺点,还保证了电机的运行精度,提高了电机的工作速度,改善了输出波形。经上述比较,在本设计中的步进电机驱动电路采用方案三。

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