智能超声波测距仪项目设计1

智能超声波测距仪项目设计1智能超声波测距仪项目设计1智能超声波测距仪项目设计1智能超声波测距仪项目设计1编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:学士学位论文（设计）智能超声波测距仪设计姓名：徐乐学号：14学院：工学院专业/届别：电子信息科学与技术专业/2013届指导教师：白龙职称：讲师表1牡丹江师范学院学士学位论文（设计）选题论证报告姓名徐乐专业/年级电子信息科学与技术/2009题目智能超声波测距仪设计选题的目的和意义随着现代信息技术的广泛普及，对信息资源和信息活动的有效管理及利用日益成为提高各种工作效率的重要手段。对该系统进行的实验,验证了本文提出的方法的正确性和有效性,并能够达到较高的测量精度。本设计的超声波测距仪,在实际测量中,能达到很高的使用精度,实现了非接触、低功耗、免维护、性价比高等特点,是一款有很好市场前景的智能式测距仪。研究内容与方法主要研究内容：本设计采用以STC8952单片机为核心的低成本、微型化液晶显示和语音播报超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序的模块组成。分析方法:分析实践法:根据文献资料了解研究对象，分析整个系统的需求，科学进行实践配置。数据辩证法:通过实际操作,记录运行过程中的错误,进行研究辩证。研究进度安排1、选择论文题目：2012年10月；2、确定论文提纲，查阅资料：2012年11月—2012年12月；3、形成初稿：2012年12月—2013年2月；4、形成修订稿：2013年2月—2013年3月；5、形成论文定稿：2013年4月。指导教师意见：指导教师（签名）：年月日开题报告专家论证意见：专家组长（签名）：年月日摘要本设计采用以STC8952单片机为核心的低成本、微型化液晶显示和语音播报超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序的模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。在此基础上设计了系统的总体的方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路、程序流程图。关键词：stc8925；微型化液晶显示；语音播报超声波；设计AbstractThisdesignadoptstheSTC8952single-chipmicrocomputerasthecoreoflowcost,miniaturization,liquidcrystaldisplayandspeechbroadcasthardwarecircuitandsoftwaredesignmethodofultrasonicrangefinder.ThewholecircuitUSESmodulardesign,themainprogram,thepresetsubroutine,launchsubroutines,receivesubroutineanddisplaysubroutinemodules.TheprobesignalbySCMcomprehensiveanalysisprocessing,realizethefunctionsofultrasonicrangefinder.Onthebasisoftheoverallschemeofthesystemisdesigned,finally,realizedthefunctionofhardwareandsoftwaremodules.Relevantpartswithhardwarecircuit,programflowchart.Keywords:stc8925；MiniaturizationLCDdisplay;Speechultrasound;design目录TOC\o"1-3"\p""\h\z\u1引言 12.设计要求、内容及组织形式 2设计要求 2设计内容 2工作原理 2组织形式 4设计软、硬件方案 43超声波的发射电路及电路原理 5发射电路 5显示电路原理 5超声波监测接收电路 6语音转换输出电路 74软件结构设计及源代码 8软件流程图 8程序源代码 85.设计进度安排 236.总结 24参考文献 251引言利用STC89C52单片机实现超声波测距。通过超声波放射装置发射超声波遇物体反射回来再由接收装置接收处理。利用声波在空气中的传输速度和整个收发延时计算出距离。为了满足智能化、无接触距离测量要求,自主研制了一种性价比高、体积小的智能超声波测距仪,该测距仪以STC89C52单片机为控制核心,本文给出其具体实现方案。本文设计的一种超声波测距仪,其最大特点是测量的液面与感应元件之间非接触。超声波是指频率大于20KHz,并且能够在连续介质中传播的弹性机械波,超声波方向性较好,经过专门设计可定向的发射,遇到界面时将发生反射、折射以及波形的改变,超声波在空气中的传播速度为334m/s(常温下)。利用超声波在介质中传播时,这些好的物理特性进行设计,使得超声波在测距中的灵活性、精确度大幅提高。2.设计要求、内容及组织形式设计要求（1）学会焊接单片机系统板和驱动板并且连接驱动板与系统板间的连线。（2）用超声波测离障碍物的距离，经过单片机处理判断是否是安全范围根据距离的长短分为安全、注意、危险。（3）每采集一次信号LED灯闪烁一次表示采集成功。（4）把采集的数据经单片机处理用12864液晶显示器显示出来，和语音模块处理用耳机输出提示距离情况。设计内容本文所设计的超声波测距仪主要由AT89C52单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、显示电路、语音播报电路。首先由单片机驱动产生晶振，由超声破发射探头发送出去，在遇到障碍物反射回来时由超声破接收探头检测到信号，然后经过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算，把计算结果输出到液晶显示屏上。工作原理声波在介质中传播被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体挡住时即会发生反射;反射波被称为回声。假如声波在介质中传播的速度是提前知道的,而且声波从声音的发生源到达目标,而返回声源的时间可以通过测量得到,那么就可以计算出从声波到目标地距离。这就是本设计的测量原理,见式（2-1）:L=½vt(2-1)上式中,L为待测距离,v(m/s)为超声波在空气中的速度,t为往返时间。由于超声波在空气中的传播速度与温度T(单位:摄氏度)有如下关系，见式（2-2）v=+(2-2)在平常温度下,温度每当变化1摄氏度,超声波的速度变化s。所以可以通过测温电路测量出当前温度,计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化会比较大,因此产生的测量误差也会比较大,所以若是所在环境中温度变化较大的环境下进行测量时,需要考虑声速补偿地问题。时间t可以通过脉冲计数的方法间接测量,相当于将时间转化为对计数脉冲个数N的测量,假设计数脉冲的频率为f,则公式(1)可写成见式（2-3）L=Nv½f(2-3)电路原理图如图2-1所示：图2-1超声波测距驱动板原理组织形式2.4.1设计软、硬件方案（1)硬件结构设计首先单片机发出振荡频率再整形再由超声波发射器发出出超声波经物体反射回来。接收器接收超声波信号再放大整形传入门控电路。单片机处理再显示输出。硬件结构设计图如图2-2所示：图2-2硬件结构设计图3超声波的发射电路及电路原理发射电路超声波的发射电路原理图如下所示。发生电路主要是由反相器74HC04和超声波的换能器T构成，单片机端口输出40KHZ方波信号一路经一级反相器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级的反相器后送到超声波换能的另一个电极。通过这种推挽形式将方波的信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端则采用两个反相器并联，用以提高驱动能力的上拉电阻R1、R2一方面则可以提高反相器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以加强超声波换能的阻尼效果缩短振荡的时间。超声波发射的电路如图3-1所示：图3-1超声波发射电路显示电路原理通过单片机的——、RST、——、X1、X2、GND与跳线帽连接控制液晶显示器的显示。12864液晶显示器可显示32个汉字或64个字母可满足要求输出的内容。显示电路的原理图如图3-2所示：图3-2显示电路原理图3.2.1超声波监测接收电路集成电路CX20103A是一种红外线检波接收的专用芯片，常用在电视红外遥控接收器上。本设计利用它制作超声波接收电路。实验证明用CX20106A接收超声波具有很高的灵敏度和较高的抗干扰能力。超声波监测接收电路如图3-3所示：图3-3超声波监测接收电路3.2.2语音转换输出电路由单片机引脚为语音芯片WT558D-16提供数据再经过处理输出音频信号。语音转换输出电路如图3-4所示：图3-4语音转换输出电路图4软件结构设计及源代码软件流程图软件流程图如图4-1所示：图4-1软件流程图程序源代码程序源代码如下：/***************************************函数名：floatDistance_count()功能：距离计算函数****************************************/floatDistance_count(){ floattemp; temp=high_time*256+low_time; temp=(temp*10/9216)/2; temp*=speed; returntemp;}/***************************************函数名：voidtran()，voidtran1()，voidtran2()功能：超声波的发射****************************************/voidtran(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=4;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(ulong)distance; flag=0; } elsedis=0;}voidtran1(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=8;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0;} elsedis=0;}voidtran2(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=16;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(40); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0; } elsedis=0;}/***************************************函数名：voiddis_all(ulongdis_s)功能：控制LED指示灯和语音播报****************************************/voiddis_all(ulongdis_s){ show(dis_s); if(dis_s>2000) { show_one(DIS4,2); if(flag_2!=1) { send_oneline(12);0c计进度安排第一阶段主要是对通用单片机系统基础板及驱动板有所了解与认识。第二阶段对系统集成板及驱动板进行焊接。第三阶段完成软、硬件设计方案，完成智能超声波测距课程设计。第四阶段对完成智能超声波测距课程设计进行测试及调试。第五阶段对智能超声波测距系统课程设计进行答辩6.总结本次设计使我学会了单片机的一些实际应用实例。我们广泛借鉴了各种实际的优点，充分考虑了整个设计中的各个环节。包括产生40KHZ的方波，在接收电路中，对所接收方波进行滤波、放大、整形等步骤。在我们为期一周的设计中，我们用到了以前学到的很多知识，比如电工、单片机、和C语言等。这使我意到，任何一件产品的产生，都不是单一知识所能实现的。而且在电路板焊接过程中，出现一些意想不到的错误，这让我措手不及，有些其实很容易避免。但这让我受益匪浅。总之，在本课题的设计过程中走了很多弯路，但还是学到了不少知识。了解了超声波传感器的原理，学会了电路板焊接技能、和各种电路的设计与分析。动手能力与自学能力得到了锻炼与提高。理论总是不开实践的，设计制作过程中，盲目的追求理论知识根本不足以解决任何问题，一味的死研究课本是不会真正掌握单片机的。只有实际去真正动手做才能发现问题，解决问题，提高自身能力。参考文献[1]黄智伟、王彦等。全国大学生电子设计竞赛训练教程。北京：电子工业出版社，2005年[2]杨素行。模拟电子技术基础简明教程。北京：高等教育出版社，2001年[3]张友德、赵志英、涂时亮。单片机微型机原理应用与实验（第三版）。上海：复旦大学出版社，1990年[4]全国大学生电子设计竞赛组委会。第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）。北京：北京理工大学出版社，2003年[5]刘海成等。MCU-DSP型单片机原理与应用-基于凌阳位单片机。北京：北京航天航空大学出版社，[6].童峰，许水源，许天增，一种高精度超声波测距处理方法，厦门大学学报1998年第4期[7]李忠杰，数字式超声波位移测量仪的研究，《仪器仪表与装置》，1999年第三期[8]林理忠，宋敏.微弱信号检测学导论，北京:中国计量出版社，1996年[9]阎福旺，凌青，李经德.现代声纳技术.海洋出版社，1998年[10]RangwalaS,DornfeldDA.SensorIntegrationUsingNeuralNetworksforIntelligentToolConditionMonitoring.TransofASME,JournalofEngineeringforIndustry.1990.112(8:219～228)[11]DimlaDE,ListerJRPM,LeightonNJ.Networksolutionstothetoolconditioinmonitoringprobleminmetalcutting-Acriticalreview