倒车雷达超声波测距毕业设计

XXXX 学院毕业设计（论文）题 目： 超声波测距倒车雷达设计 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 学 号： XXX 学生姓名： XX 指导教师： XX 职 称： XX 二 O 一五年四月二日XXX 学院毕业论文（设计）任务书课题名称：_ 超声波测距倒车雷达设计 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 姓 名： XX 学 号：_ XX 指导教师： XX 二 O 一五年四月二日超声波倒车雷达设计摘要本次设计采用单片机 STC89C52 来控制整个超声波系统。由单片机控制产生超声波并且控制定时器开始计时，当接收电路接收到回波时，定时器产生中断，停止计时。信号发出到接收到回波信号所用的时间是由单片机计算完成，从而得到实测的距离。距离显示在 LED 数码管上，并控制报警电路。整个硬件电路由电源电路、按键电路、显示电路、报警电路以及超声波模块构成。按键电路用来控制报警距离的增加或者减少，方便且实用。本次设计具有容易控制和工作稳定等优点。关键词：STC89C52 超声波 测距 目录第 1 章 前言 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 超声波测距系统的国内外现状 .11.3 设计的要求 .1第 2 章 系统总体方案的选择 .22.1 超声波的简介 .22.2 超声波测距系统原理 .22.3 方案选择 .2第 3 章 整体硬件电路设计 .43.1 单片机系统电路 .43.1.1 复位电路 .43.1.2 时钟电路 .53.2 蜂鸣器报警电路 .63.3 按键电路 .63.4 超声波发射电路 .73.5 超声波接收电路 .73.6 超声波模块 .83.7 显示电路 .83.8 电源电路 .93.9 系统的整体电路 .10第 4 章 软件部分 .114.1 主程序设计 .114.2 中断处理程序 .124.3 距离的计算及显示电路的设计 .134.4 报警电路的设计 .144.5 按键电路的设计 .14第 5 章 硬件的组装及调试 .15结论 .17致谢 .18参考文献 .19附录 .201第 1 章 前言1.1 课题研究的目的及意义经济的发展带来社会的进步，超声波测距被频繁的用在人们的日常工作之中。超声波拥有测量稳定、穿透能力强、易接收等特点，同时超声波测距不用接触到物体，适用于了情况比较复杂的环境。还因为超声波测距易于控制，并且达到了所要求测量的工业指标，所以超声波测距被用于获取距障碍物的位置信息、移动机器人、汽车倒车雷达等方面的研究。1.2 超声波测距系统的国内外现状国内超声波测距主要针对固体和液体的研究，在测距的稳定性和精确性上有了很大程度的提高。并且随着科学技术的不断提高，超声波技术在工业的自动控制、汽车倒车系统等方面也有深入的研究。此外在医学、生物科学等领域也有突出的地位。国外也做了大量的研究是关于提高超声波测距。Figneroa JF ，Lamancusa JS在计算时间方法上又有了新的突破，传播时间的获得是通过相加峰值时延和相位时延。1.3 设计的要求设计一个超声波测距系统，距离设定一个限定值，当超声波探头与被测物体的距离小于设定值时，两者的距离显示在四位七段数码管上并开始报警。设计主要需求如下：（1）电路测量的距离为6m。并且误差率不得超过 0.03%。（2）与被测物体的距离用数码管显示，并有报警功能。（3）设置按键电路，能对设置的最小报警距离进行改变。2第 2 章 系统总体方案的选择2.1 超声波的简介我们知道，声音的发出是产生了振动。我们知道赫兹定义为声音的振动频率，2020000 赫兹的振动频率是人的耳朵可以接收到的，高于 20000 赫兹的，我们定义为超声波。超声波具有穿透性好、容易获取等特点，在医学、工业、军事、农业等方面有着巨大的研究价值。2.2 超声波测距系统原理在超声波测距的过程中，超声波的发射端接收到的脉冲为一系列的方波。时间间隔大小为方波的宽度，距离越远，脉冲的宽度越大。脉冲的个数也随着测距的远近而变化。超声波测距的方法是：测量出输出脉冲的宽度即发出超声波到接收超声波的时间间隔 t,利用公式 S=12vt,算出被测距离。超声波的算法设计：X1 是超声波发出的时间，X2 是超声波接收的时间。我们知道声波的传播速度为 340m/s，所以被测距离 L 如图 2-1。图 21 测距原理2.3 方案选择本方案选择 STC89C52 单片机来控制整个电路，测得的距离显示在四位数码管上，并根据所设置的报警距离开始报警。超声波的发射信号由单片机发出并送到发射电路上，发出超声波。接收电路由 CX20106A 芯片和接收探头构成。报警电路中，电阻 R15单片机控制器3为限流电阻、晶体三级管为驱动蜂鸣器。本设计将发射探头和接收探头分离，这样可以避免信号发生混叠干扰，从而使的测量数据更加的精确。根据以上设计如图 2-2。图 2-2 系统框图结合实际需求，在网上查找了相关的资料，决定选用 HC-SR04 超声波集成模块。此模块发出的超声波能够测量的范围在 5m 到 2cm 之间，能够准确到 3mm，它的发射角不大于 15，有利于准确的测量。并且工作频率在 39 kHz41 kHz 左右，完全符合本次设计的 40kHz 的工作频率。由于超声波的发射探头和接收探头是放在同一水平直线上的，而且超声波信号在传播的过程中会发生衰减，所以两个探头不能距离太远。又因为如果两个探头离的太近会产生信号的干扰，测量出来的结果会产生误差。超声波的接收超声波的发射数码管显示蜂鸣器报警单片机控制器4第 3 章 整体硬件电路设计3.1 单片机系统电路本次设计采用了高速、功耗低的 STC89C52 单片机。这款 STC89C52 单片机在功能上和以前 51 单片机的一样，并且还扩展了功能，使得用起来更加的方便。图 3-1 STC89C52 引脚图3.1.1 复位电路在单片机规格书中，有这样一段描述：如果当 RST 端口持续两个周期以上的高电平，系统就会复位。电路如下： 图 3-2 复位电路在 VCC 供电时，RST 的电压和 VCC 一样。随着从 C3 电容的充电，RST 电位开始下5降，并形成一个正向的脉冲，只要脉冲宽度足够就可以实现复位。关于 RC 的计算：（3-1)震 荡 频 率震 荡 周 期 1机械周期=震荡周期*12 (3-2)关于复位时间 t 的计算:(3-3)usMt21*2查看相关资料知道,当 REST 上的电压高于 0.7Vcc 时，就可以被看为高电平。本次用的系统电压为 5V,所以 REST 上超过 3.5V 就可以看成高电平，并且高电平的时间超过 2us，单片机就可以复位。最后计算 RST 的电位，复位电路为一阶 RC 电路，所以电压与电流有一下关系：(3-4)RCtCCCC UUte 因为 ； ；所以 。V50RCtt5设 Reset pin 电压为 ，那么： 所以， ，tR tUVtR RCtt5当 的时， 。当且仅当 时，系统实现复tUR4.3Ct357.0usRt2357.0位，并且电阻和电容 RC 满足条件 。所以用 R=10K、C=10F 符合要求。61*.3.1.2 时钟电路时钟电路的两个引脚分别接入 XTAL1 端口和 XTAL2 端口。在两个引脚之间接入一个 12M 的晶振，两个 22PF 的电容和晶振并联后接地。电容的可以使电路更加的稳定，电路如下：6图 3-3 时钟电路3.2 蜂鸣器报警电路报警电路由蜂鸣器、三极管、电阻构成。蜂鸣器由三极管驱动。R15 为 1k 的电阻，作用是保护蜂鸣器。单片机 P36 端口和电阻 R15 连接，当单片机 P36 口发送一个低电平到报警电路时，NPN 型三极管开始驱动蜂鸣器进行报警，报警电