超声波测距仪毕业论文

.名字叫王延大专业级12电子4级论文名称智能遥控车指导教师梁召峰毕业设计书专业(班):13电子1班名：陈仕泓课题名称、主要内容和基本要求课题名称：超声波测量距离主要内容：减小从超声波到反射物的距离的测量，重要的是计算从超声波出来到中途障碍物反射回来的往返时间，使用相关参数根据距离计算式计算测量距离，测量距离的范围为0.5米到10米，测量距离要求能够实时显示基本要求： 1、收发传感器均选择超声波传感器2 .距离要求显示3 .探测距离0.5m10m；4、工作温度-2045。进度安排每周工作内容执行情况2-4选定主题，澄清主题要求，编写主题报告5-8硬件设计和程序编制9-10战斗机硬件和软件调试和硬件完整性11-12协同调试系统硬件13-14战斗机写论文，教师审查论文，完成论文修改，定稿，做审查工作15参加毕业答辩指导教师的评论指导教师签字：审查教师的评论审评人签署：毕业设计成绩答辩委员会主任签署：目录摘要5Abstract5第一章方案的论证61.1AVR单片机的选型61.1.1 AVR单片机用于智能车的优点： 61.1.2 AVR单片机用于智能车的缺点： 61.2 C51单片机选择61.2.1 STC89C52单片机介绍工作原理： 61.2.2 C51单片机应用于智能小车的优势： 61.2.3 C51单片机应用于智能小车的缺点： 71.2.4 C51单片机应用领域： 71.3选题的原因和结果7第二章系统硬件设计92.1系统硬件的总体设计92.1.1整个系统硬件的方框图92.1.2各构成模块92.1.3整体电路图122.2遥控电路设计122.2.1驱动电路13第三章系统软件设计163.1主程序框图： 163.2电机驱动器163.4故障避免模块，故障避免方框图19第四章系统调试224.1测试工具： 224.2 PCB的设计制作与实现224.3调试过程22结语23谢谢23参考文献24摘要超声波具有指向性强、能耗慢、传播距离远等优点，在传感器技术与自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前最普遍的一种，广泛应用于防盗、逆向雷达、水位测量、建筑工地及一些工业现场。本文主要基于超声波传感器的原理和特性，利用传输中的距离与时间的关系，计算超声波发射途中障碍物反射返回的往返时间，利用相关参数，根据距离计算公式计算测量距离，本次设计以AT89C51单片机为核心设备， 形成相应的测距电路、信号处理电路，自行编制单片机控制程序，进行硬件调试、软件调试，最后硬件与软件结合，达到了性能要求。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路组成。关键词：超声波测距、51单片机、传感器、LED显示屏等简介随着我国汽车产业的迅速发展，我国已经开始进入私家车时代，随之增加的是交通事故的发生频率。 为了提高汽车运行的安全性，逆向雷达报警系统的出现不仅受到众多顾客的欢迎，电子产业也成为汽车行业新兴的热点。 特别是近年来逆向雷达受到业者的欢迎许多防盗设备厂商纷纷加入反向雷达，我国汽车电子行业蓬勃发展，反向雷达形成巨大商机，市场也开始展现竞争势头。 逆向雷达系统经历了三阶段、六代技术改进。 最早的是防止后撞器，功能是只测试车后方限制范围内的障碍物发出警报。 慢反向雷达发展到可以根据距离分阶段报警。 前两阶段反向雷达一般采用集成电路，因此功能较为单一。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，单片机价格下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型逆向雷达是以单片机为核心的智能测距传感器系统。 要求背雷达连续测距显示障碍物的距离，用不同间歇性的鸣叫频率的声音通知距离，集中注视驾驶员的场景。 在汽车电子系统的网络化发展中，要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，向汽车总线传送数据。 如果最先进的逆向雷达系统是智能的可视逆向雷达系统，则可以将针孔相机安装在车辆后部，并在回退时在显示器上显示车辆后面的真实图像。 逆向雷达控制系统的核心部分是超声波测距仪的研制。 因此，所设计的超声波测距仪非常重要。 这就是我设计超声波测距仪的意义。第一章方案的论证1.1AVR单片机的选型1.1.1 AVR单片机用于超声波测距仪的优点：1 )高可靠性、强大、低功耗、低价格。2 )具有多个频率的内部RC振荡器、上电复位、监视、启动延迟等作用，并且零外围电路也能够工作。3 )在同一系统时钟下AVR运行速度最快。1.1.2 AVR单片机用于超声波测距仪的缺点：1 )功能寄存器很多，不适合初学者。2 )供应不稳定，价格波动大，不利于长期产品成本核算。 但是，整体来说这几年价格有下降的倾向，最终还是新的芯片系列。3 )模型少，价格在15以下的模型没有开放总线，很难在低成本上应用。1.2 C51单片机的选型1.2.1 STC89C52单片机介绍工作原理：STC89C52是一种由STC公司生产的具有低功耗和高性能的CMOS8位微控制器，并且8K具有可在系统中编程的闪存。 STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是经过许多改进，使得它具有传统的51单片微计算机没有的功能。 单芯片上有一个智能的8位CPU和一个系统可编程闪存，STC89C52给许多嵌入式控制应用系统提供了高度灵活和超高效的解决方案。 8k字节Flash、512字节RAM、32位I/O端口线、监视计时器、内置4KB EEPROM、MAX810复位电路、3个16位计时器/计数器、4个外部中断、1个7矢量4级中断结构、在本系统中计时器T0为超声波的1.2.2 C51单片机应用于超声波测距仪的优点：1 )集成度高，体积小，操作简单，可靠性高。2 )性价比高，控制能力强。3 )开发装置很多。4 )低功耗、低电压、便携式产品生产方便。1.2.3 C51单片机应用于超声波测距仪的缺点：1 )解密容易。2 )没有自我编程能力，不能灵活使用。3 )改变延迟时间由硬件设置限制1.2.4 C51单片机的应用与设计方案：C51单片机广泛应用于温度控制系统、电子密码锁、智能风扇设计、宿舍门禁管理系统、自动电阻测试仪等。该系统主要是基于单片机的测距系统，以STC89C52RC单片机为核心控制设备，分为超声波发射电路、超声波检测接收电路、显示三部分。超声波测距电路的设计框图如图1-1所示：本提案以单片机为控制系统，单片机产生40kHz的超声波，脉冲持续时间为0.2ms左右，时隔59.8ms重复。 该脉冲信号作为计时的开始脉冲，从单片机输出的端口的高频脉冲以74LS04的逆变器功率被放大，被升压后，与超声波探头共振，使超声波探头动作时，从超声波发送头发送超声波。 接收电路由超声波接收机、CX20106A集成电路构成。 使用CX20106A集成电路对接收探针接收到的信号进行放大滤波。 当CX20106A接收到40kHz反射光信号时，在第七脚本中产生低电平下降沿脉冲。在单片机的外部中断端子被输入该信号作为中断信号，停止计数器T0的计数，并且读取并存储计数器T0的计数值。 发射超声波时，压电传感器中的压电晶片被发射的电脉冲激励而共振，使共振板振动，产生超声波。 接收超声波后，在两个电极之间不施加电，共振板接收超声波，压迫压电晶片进行振动，将机械能转换成电信号。74LS04逆变器CX20106A集成电路超声波发射器超声波接收机MCS-51战斗机单票电影机器显示表示不满屏风图1-1超声波测距电路的设计框图1.3选题的原因和结果1 )性价比高，控制能力强，开发装置多。2 )低功耗、低电压、便携式产品生产方便。3 )许多芯片制造商加盟，有广泛的选择。使用STC89C52，您可以轻松快速地解决并实现我不想要的各种功能。C51系列单片机和AVR单片机哪一个适合超声波测距仪的控制芯片。 在AVR单片机中，首先在价格方面比较昂贵，在优化和使用性能方面较低，例如32个通用寄存器中的前16个寄存器无法立即对应。 所以我决定把C51系列单片机： STC89C52单片机作为这次智能车的控制芯片使用。第二章系统硬件电路设计2.1系统硬件的总体设计2.1.1系统硬件整体框图本系统的硬件电路主要分为单片机系统、显示电路、超声发射电路、超声检测接收电路4个部分。超声波发射电路超声波接收电路MCS-51战斗机单票电影机器显示表示不满电气道电源图2-1总体设计框图2.2单片机系统电路图2-2 STC89C52单片机2.2.1单片机STC89C52单片机的最小系统电路是整个硬件电路中非常重要的一部分。 单片机系统主要发挥控制电路各部分能按设计正常工作的作用，本电路采用单片机系统STC89C52，采用12MHz高精度晶体振荡，获得相对稳定的时钟频率，减小测量误差。 单片机STC89C52的系统电路如图2-2所示STC89C52的主要性能包括1 .扩展8051单片机，可以任意选择6时钟/机械周期和12时钟/机械周期，指令代码与传统8051完全兼容2 .工作电压：5.5V3.3V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V单片机)3 .工作频率范围：040MHz，相当于通常8051的080MHz，实际的工作频率达到48MHz4 .用户应用程序空间为8K字节5 .片上集成512字节RAM6 .通用I/O端口(32个)在复位之后，P0/P1/P2/P3是准双向端口/弱上拉端口，P0端口是漏极开路输出端口，对于总线扩展，不施加上拉电阻，对于I/O端口，需要施加上拉电阻。7. ISP (系统可编程)/IAP (应用程序可编程)、无需专用编程盒、无需专用仿真器、串行(RxD/P3.0、TxD/P3.1)即可直接下载用户程序，几秒钟即可完成具有EEPROM功能9 .共3个16位计时器/计数器。 即，计时器T0、T1、T210 .外部中断4路、下降沿中断或低电平触发电路、Power Down模式可通过外部中断低电平触发中断方式启动1-1 .通用异步串行端口(UART )也可以使用定时器软件实现多个UART12 .工作温度范围：-40 85(工业级)/075(商业级)2.2.2时钟电路一般的时钟电路设计有内部时钟方式和外部时钟方式两种方式，本系统采用内部时钟方式。 在51单片机的内部，包括构成振荡器的高增益反相放大器。高增益反相放大器的输入端子是芯片端子XTAL1，并且输出端子是端子XTAL2。 这两根针脚横跨晶体振荡器和微调电容。 这里，石英振子的振荡频率为12MHz，电路中的2个电容为30pF。2.2.3复位电路本系统设计了上电复位电路，通过外部复位电路的电容充电来实现上电复位，如果接通电源时Vcc的上升时间在1ms以下，则能够实现自动的上电复位。2.3显示电路本系统的显示电路的设计主要采用4位共阴LED数字管，根据LED数字管的内部发光二极管的连接方式，数字管的结构分为共阳极型和共阴极型两种，共阴极型的内部发光二极管通过阴极连接，连接在高电平P2端口的输出电压较低，因而无法点亮数字代码管，这里，图2-3示出由74ls138驱动的显示电路图2-3显示电路2.4超声波发送电路超声波发送电路主要由六反相器74LS04组成的推挽电路和超声波发送传感器构成。 超声波发射电路如图3.4所示。 单片机的P1.0端口向外部输出超声波脉冲信号，该信号经由一级逆变器被传送至超声波换能器的一个电极，经由另一级逆变器被传送至超声波换能器的另一个电极。 以该推挽形式向超声波换能器的两端施加矩形波信号，可以提高超声波的放射强度。 为了提高驱动能力，在输出端子并联连接有两个逆