超声波避障系统设计.pptx

工学院毕业设计 论文 课题 超声波避障系统设计 超声波避障系统设计 概述 随着科学技术的不断发展进步 超声波检测避障技术也得到重视 超声波检测避障 以其特有的性质 应用在医学 军事 工业技术中 总体设计思路 本设计由AT89C51单片机为计时主控单元 功能由外围电路完成 包括发射电路 接收电路 显示电路 温度监测电路 报警电路 电源电路等 AT89C51 电源电路 温度电路 接收电路 发射电路 显示电路 报警电路 发射探头 接收探头 工作流程 开始 单片机 发射电路工作 接收引脚扫描 接收完成 报警 显示数据 有回波时 温度监测 超声波测距原理 超声波测距是利用超声波的声阻抗特性 当声波遇到两个声阻抗特性不同的介质时就会发生反射 如左图 声波通过发射探头发射出去时 计时器开始计时 当接收脚接收到声波回波时 计时停止 如右图 脉冲信号发射后 时隔t时间后 被接收 如果知道当时的声速v 就可以由位移公式S vt 2求出 声波的反射发射接收时差t 温度对声速的影响 温度的变化对声速的影响非常明显 温度对声速的影响见下表 表中的数据得知 温度的升高使得声速变大 且变化明显可见 因此在设计中不得不考虑温度对声音的影响 硬件电路设计发射电路 发射电路自单片机引脚P1 0开始 经由晶体管 跳线器 变压器等部分 如图 发射电路仿真 上图的发射电路同时可以进行仿真 图中标志A B C D E个点 在用作图软件仿真时 软件自带四踪示波器 可同时跟踪显示4路信号 将发射端一线接地 一线引入示波器 同时引入B C点信号 对比有 A点信号B点信号C点信号 显示中可以看出A点的信号被放大了 信号未显示为方波 是因为变压器的电感影响 上图E点的电平值为5V 如果拟定3V 则如波图如下 从图中知道 3V时 A B幅值有所降低 因为E点加入的电平高于C点 当E点的值变化时 将影响A点的值 从这点可以看出 通过控制E点的电压 能够影响发射端的强弱 我们会根据不同的运用场合 变化E点的值 达到不同的效果 接收电路 接收电路采用TL852作为处理 TL852是专用的超声波测距避障模块 用专用模块采集处理 对信息有很好的保护 不至失真 其图如下 上述电路图只是对信号的处理 程序设定中 单片机是要接收中断信号的 单片机引脚扫描一引脚 无信号时 计时不中断 当信号过来时 计时停止 但TL852处理的信号是不能被单片机扫描接收的 所以还有一个信号处理电路 它是为了将TL852的输出转换为单片机需要的中断信号其电路如图所示 发射与接收传感器 本次设计综合各方面的因素考虑 决定采用运用较为广泛的TCT40 16T作为超声波发射探头 采用TCT40 16R作为超声波的接受探头 TCT40 16T R具有抗温度 湿度的能力 环境的温度湿度变化对其性能影响不大 能在极其恶劣的条件下较为稳定工作 而且TCT40 16T R具有很好的抗撞击 振动的能力 实际上 超声波的接收和发射探头是集成在一起的 如图 显示电路 显示电路先用74LS244处理来自单片机的信息 然后连接显示器 显示器用共阳极二极管 显示电路如下 显示电路仿真 仿真时 对单片机下载程序 由程序知 显示引脚连接P0 0 P0 7 P2 0 P2 2 但是没有中断信号进来 显示器的显示如图 温度电路 为满足精度要求 在整个设计中 我们考虑温度的影响 温度传感器种类众多 在高精度 高可靠性的场合 由DALLAS公司生产的DS18B20将作为首选 它体积小 功率小 抗干扰能力强 加入温度监测 电路如图 报警电路 由于是避障系统 当距离达到或小于某一数值时 希望能被报警 引起警戒 所以设计中加入了报警系统 它由单片机控制蜂鸣器来工作 我们设定S0为警戒报警值 当S S0时 单片机一引脚导通 经三极管对信号放大 蜂鸣器响起 其电路图如图 单片机的选择 本次设计的处理器 我采用了目前应用较多的51系列单片机AT89C51单片机 AT89C51的优势在于片内有Flash存储器 它继承了MCS 51的原有功能 能和其他一些AT89系列单片机兼容 使用时功能引脚如图 整体电路设计 程序流程 开始 系统初始化 发射超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 实物仿真 此次仿真采用上海浩豚电子科技的多用集成电路板 总结 本次设计超声波避障系统 以单片机为计时主控 结合各外围电路 系统本身简单 操作方便 但也存在