单片机控制的超声波雷达系统毕业设计论文

单片机控制的超声波雷达系统 摘要摘要 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的 位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。测量时与被 测物体无直接接触， 能够清晰稳定地显示测量结果。 由于超声波指向性强， 能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测 量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测 往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方 面能达到实用的要求，因此在日常生活中得到了广泛的应用。 关键词关键词 单片机超声波传感器测量距离 一一 设计思路设计思路 超声波是指频率高于 20KHz 的机械波。为了以超声波作为检 测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超 声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器 有发送器和接收器， 但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的 双重作用。 超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互 转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到 回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知， 测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间， 根据发射和接收的时 间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理 与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=CT。式中 L 为测量 的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的 时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。 本设计通过从单片机 TX 脚（P3.3）输出 40KH 的方波信号，即 从该引脚连续发出高低电平，产生方波，方波的个数一般为 10 个左 右，发出后启动定时器，开始计时，此时，超声波发射头（T 端）开 始发出超声波，当发出的超声波被前方的障碍物返射回来，返射回来 的超声波被接收探头（R）接收到，此时，单片机的 RX 引脚（P3.2） 会产生一个从高电平到低电平的跳变，从而引起中断。此时，停止计 时，保存计时的时间。在本设计中我们根据以下公式： 测量距离= (时间*声速( 340M/S ) ) / 2 可以算出测量距离。然后我们再通过一定的函数算法和 C 语言 子程序的调用与整合， 使测量距离显示在事先设计好的数码管显示电 路上。本设计的精度为 0.1cm。 本设计用 Stc8989c52 单片机作为主控制器，用动态扫描法实 现数码管数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波 测距器的系统框图 二二、系统组成、系统组成 系统主要有软件部分和硬件部分组成。 1.硬件部分介绍 硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声 波检测接收电路等三部分组成。采用stc89c52单片机来实现对 CX20106A 红外接收芯片和 CD4609 系列超声波转换模块的控制。 单片机通过 P3.3 引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不 停的检测 INT0 引脚，当 INT0 引脚的电平由高电平变为低电平时就 认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间， 通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 本设计利用的是压电超声波转换器，其原理是：利用压电晶体谐 振工作。 它有两个压电晶片和一个共振板。 当它的两极外加脉冲信号， 其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并 带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电 压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能 转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。 硬件部分电路图如下： a.超声波发射电路 b.单片机控制电路 c.超声波接收电路图 2.软件部分介绍 软件部分主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中 断程序及显示子程序等部分组成。 超声波发生子程序的作用是通过 P3.3 端口发送 2 个左右的超声 波信号频率约 40KHz 的方波，脉冲宽度为 12us 左右，同时把计数 器 T0 打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断 0 检测返回超 声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0 引脚出现低电平)，立 即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器 T0 停止计时，并 将测距成功标志字赋值 1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返 回信号，则定时器 T0 溢出中断将外中断 0 关闭，并将测距成功标志 字赋值 0 以表示此次测距不成功。 a. 以下是程序流程图 b. 以下是本设计的程序部分： #include #define uchar unsigned char #define uintunsigned int #define ulong unsigned long sbit Tx= P33; /产生脉冲引脚 sbit Rx= P32; /回波引脚 sbit fmq=P17; uchar code SEG710=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90； uint distance4;/测距接收缓冲区 uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i;/自定义寄存器 bit succeed_flag;/测量成功标志 void conversion(uint temp_data)/显示数据转换程序 uchar ge_data,shi_data,bai_data ; bai_data=temp_data/100 ; temp_data=temp_data%100;/取余运算 shi_data=temp_data/10 ; temp_data=temp_data%10;/取余运算 ge_data=temp_data; bai_data=SEG7bai_data; shi_data=SEG7shi_data ge_data =SEG7ge_data; EA=0; bai = bai_data; shi = shi_data; ge= ge_data ; EA=1; /20us 延时函数 void delay_20us() uchar bt ; for(bt=0;bt38;bt+); /500us 基准延时程序 void delay500us() unsigned char j; for(j=0;j57;j+) ; /1ms 基准延时程序 void delay1ms(unsigned int i) unsigned char j; while(i-) for(j=0;j115;j+) ; /产生 1KHZ 频率声音的函数 void beep() fmq=0; delay1ms(500); fmq=1; delay1ms(500); / 主程序 void main(void) uint distance_data,a,b; uchar CONT_1; i=0; flag=0; Tx=0;/首先拉低脉冲输入引脚 TMOD=0 x11;/定时器 0，定时器 1，16 位工作方式 TR0=1;/启动定时器 0 IT0=0;/由高电平变低电平，触发外部中断 ET0=1;/打开定时器 0 中断 EX0=0;/关闭外部中断 EA=1;/打开总中断 0 while(1)/程序循环 EA=0; Tx=1; delay_20us(); Tx=0;/产生一个 20us 的脉冲，在 Tx 引脚 while(Rx=0);/等待 Rx 回波引脚变高电平 succeed_flag=0; /清测量成功标志 EX0=1;/打开外部中断 TH1=0;/定时器 1 清零 TL1=0;/定时器 1 清零 TF1=0;/ TR1=1;/启动定时器 1 EA=1; while(TH1 50);/等待测量的结果，周期 65.535 毫秒（可用中断实现） TR1=0;/关闭定时器 1 EX0=0;/关闭外部中断 if(succeed_flag=1) distance_data=outcomeH;/测量结果的高 8 位 distance_data0 delay1ms(100); fmq=1; i=0; /外部中断 0，用做判断回波电平 INTO_()interrupt 0/ 外部中断是 0 号 outcomeH =TH1;/取出定时器的值 outcomeL =TL1;/取出定时器的值 succeed_flag=1;/至成功测量的标志 EX0=0;/关闭外部中断 /定时器 0 中断,用做显示 timer0() interrupt 1/ 定时器 0 中断是 1 号 TH0=0 xfd; /写入定时器 0 初始值 TL0=0 x77; switch(flag) case 0 x00:P0=ge; P2=0 x7f;flag+;break; case 0 x01:P0=shi;P2=0 xbf;flag+;break; case 0 x02:P0=bai;P2=0 xdf;flag=0;break; 本设计当测出的距离小于 20cm 时， 单片机通过调用一个 1000HZ 的音频子程序发出周期性的声音警报，同时伴随 LED 警示灯周期性 的闪烁，从而起到报警作用。 三小结三小结 利用本系统对 0cm60cm 范围进行了多次测试，经补偿后最 大误差达 1cm，线性度、稳定性和重复性都比较好。系统具有结构简 单、体积小、实时数码管显示和报警、抗干扰性能好等优点。系统的 误差主要来自于发射探头发出的超声波是呈喇叭状扩散传播、 被测物 的表面不光滑且不一定垂直于两探头的轴线