超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告超声波测距仪PAGEPAGE5目录摘要 3第一章 绪论 设计要求 理论基础 系统概述 第二章 方案论证 4系统控制模块 5距离测量模块 5温度测量模块 5实时显示模块 5蜂鸣报警模块 6第三章 硬件电路设计 6超声波收发电路 6温度测量电路 7显示电路 8蜂鸣器报警电路 9第四章 软件设计 10第五章 调试过程中遇到的问题及解决 11画PCB及制作 11焊接问题及解决 11软件调试 11实验总结 13附件 14元器件清单 14HC-SR04超声波测距模块说明书 15电路原理图 17PCB图 17程序 18摘要该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz关键词：超声波测距温度测量单片机LED数码管显示蜂鸣报警第一章绪论设计要求设计一个超声波测距仪，实现以下功能：测量距离要求不低于2米；测量精度±1cm；（3）超限蜂鸣器或语音报警。理论基础一、超声波传感器基础知识换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关：在气体中超声波的传播速度与气体种类压力及温度有关在空气中传播度为C=331.5+0.607t/0C(m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C.二、压电式超声波发生器原理三、超声波测距原理由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。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工业实用的要求。Ct算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=Ct/2。从上面超声波特性可以知道：超声波在空气中的传播速度与温度有关：C=331.5+0.607t/0C(m/s)，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，典型的环境温度与超声波的传播速度的关系为：温度（℃） -30-20-100102030100（米/称）313319325323338344349386系统概述LCD40kHz2～250cm。可测量温度范围为-30～150°C。离越远，采样越慢。收发模块收发模块LED显示系统扫描驱动温度检测电路蜂鸣器报警电路图一系统框图第二章 方案论证系统控制模块STC89C52C烧写程序容易，这大大加快了系统的开发与调试。而且STC89C52有2个独立的定足够，还可外拓功能（如进行报警器的接入）。距离测量模块多，可行性很高。HC-SR04）温度测量模块方案一：采用热敏电阻。热敏电阻体积小，使用方便，但是精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。在温度测量系统中，采用单片温度传感器，比如AD590，LM35、TMP75等。但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。DS18B20-55——+125固有测温分辨率是0.5摄氏度。输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省经过以上比较，决定采用方案二。实时显示模块方案一：使用液晶显示屏显示。液晶显示屏而液晶显示占用的控制资源较多，切对外界环境要求高，不宜维护。方案二：使用传统的数码管显示。数码管的特点：低能耗、低损耗、寿命长，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。根据以上的论述，采用方案二。蜂鸣报警模块ISD1420,WT588D分完全由单片机软件编程实现，使得设计变得更加简单，成本也更加低了。根据上面的论述，拟定采取方案二。第三章 硬件电路设计量电路，显示电路等。以下是各个模块具体内容。超声波收发电路HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信呈；模块自动发送8个40KHZ的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。图二 HC-SR04模块电气参数6本系统中超声波的收发用单片机的P1.0、P1.1口控制，如图：温度测量电路DS18B20，DS18B20DALLAS感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820DS1820DS1820DS1820多点测温。DS1820（4）温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃。（5）9DS18B20图三DS18B207DS18B201。高温度系数晶振随温度变化其211101，112021图四DS18B20本系统中温度模块用单片机的P3.6口控制，如图：显示电路数码管是一类价格便宜使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使的器件。7极管电极的连接方式分为共阳数码管和共阴数码管两种。8COM8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dpI/OCOM1~2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的I/O4P2.0，P2.1，P2.2，P2.3蜂鸣器报警电路S85509第四章 软件设计C数的调用和函数嵌套，使得程序清晰简洁，却可以实现较复杂的算法。程序流程图如下：开始系统初始化发送超声波温度检测和补偿计算距离显示温度显示距离10

报警判断PAGEPAGE14EA0.1ms0一旦检测到返回信号，立即进入中断程序，结束记时，并保存时间，进行计算、编码，与发送编码比较，若不符则重发；若小于报警距离则发出警报。若没有检第五章 调试过程中遇到的问题及解决PCB及制作PCBPCBAltiumDesigner，载了相关的学习资料和教学视频，自己初步绘制了电路原理图。PCBPCB焊接问题及解决LEDPNPNPNPCBPNPPNPNPN果不影响。这样就避免了我们再次制板，节省了时间，降低了成本。软件调试题。最典型的是以下几个：【解决办法】我们采用软硬件分开调试的办法。用学习板在我们的单片机中重新载入了一个测试程序，装进模块后发现数码管可以正常显示，由此确定电路和焊接是正确的，问题肯定出在程序上。于是我们仔细检查了程序，发现由于疏忽，我们把显示端口写错了。经过修改，数码管得以正确显示。距离误差较大。【解决办法】我们将程序中进行温度补偿的程序段代码，直接修改为我们常用的声速340m/s,保留了温度转换的功能，但是并不真正根据实时的温度计算距离，改过以后测量的准确度大大提高。距离和温度显示时，最高位数码管的值出现乱码。【解决办法】在设计电路时，我们用了七段四位数码管，并且把它的四个位全部接进了电路。但是实际显示时，我们最多只需要三位，所以我们采用把温度和距离显示函数中的最高位给零的办法，避免了乱码的闪烁和跳动。温度（℃）实距温度（℃）实距（cm)123均值误差—0.310101010101011115101520304050100--151929415099--151930415098--142030405099--14.719.329.740.75098.3报警报警—0.7—0.30.70—1.7温度1110101010101111（℃）实距120140160180190200宿舍高宿舍长（cm)1121141160179192198304494测距2121142161179192200304494测距3120140161180192200304494均值120.7141160.7179.3192199.3304494误差+0.7+1.0+0.7—0.7+2.0+0.700实验总结本系统以AT85S52单片机为核心，利用传感器技术，单片机技术，显示技术等并配合一套独特的软件算法实现了测距、温度和距离的实时显示、报警等功能。在系统设计过程中力求硬件电路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。新学习和复习C语言，反复检查程序并加以修正。不仅增长了很多知识，更积累是心有余而力不足。导作用。附件元器件清单芯片类：STC89C52单片机超声波收发模块LED74DS18B20温度芯片蜂鸣器器件类：晶振：12MHZ电阻：510Ω 8只4.7kΩ 6只10kΩ 1只瓷片电容：20pF 2只电解电容：4.7μF 1只三极管：8550（PNP）5按键：1个HC-SR04超声波测距模块说明书1516电路原理图PCB图17PAGEPAGE23程序#include<AT89x52.H> 器件配置文件#include<intrins.h> //_nop_()的头文件#define TX P1_0 //HC-SR04发射端#define RX P1_1 //HC-SR04接收端#definewendu P3_6 //温度sbitS1=P2^0; //S1P2.0sbitS2=P2^1;sbitS3=P2^2;sbitS4=P2^3;sbitBEEP=P2^6; //定义蜂鸣器控制口dr/9unsignedcharposition[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //dataunsignedchartempl,temph;char idata number[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于存放温度值unsignedchardistance[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于存放距离unsignedint time=0;unsignedlongS=0,speed=0;bitflag=0;voiddelayms(unsignedintms) //ms延时{unsignedchari=100,j;for(;ms;ms--){while(--i) //1ms{j=10;while(--j);}}}voiddelay(intj) //us延时函数{inti;for(i=0;i<j;)i++;}voidDisplay(void) //距离显示函数{intj;for(j=0;j<250;j++) //250*4=1ms{chark;for(k=0;k<4;k++) //从高到低位显示距离{P2=position[k];delay(90);P2=0xff; //清除}}}voidrest_ds18b20(void)//DS18B20复位函数{charpre=1;while(pre){while(pre){wendu=1;_nop_();_nop_();wendu=0;delay(50);wendu=1;delay(6);pre=wendu;}delay(45);pre=~wendu;}wendu=1;}voidw_1byte_ds18b20(unsignedcharvalue)//向DS18B20写一字节的数据{unsignedchari=0;for(i=0;i<8;i++){wendu=1;_nop_();_nop_();wendu=value&0x01; //最低位移出delay(6);value>>=1;}wendu=1;}unsignedcharr_1byte_ds18b20(void)//读一个字节{unsignedchari=0;unsignedcharvalue=0;for(i=0;i<8;i++){wendu=0;wendu=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(wendu==1)value|=0x80; //value=value|0x80;delay(6);}wendu=1;returnvalue;}readtemp_ds18b20()//读取温度{unsignedcharn=0;rest_ds18b20(); //w_1byte_ds18b20(0xcc);//跳过读序列号的操作w_1byte_ds18b20(0x44);//启动温度转换delay(6);rest_ds18b20();w_1byte_ds18b20(0xcc);//跳过读序列号的操作w_1byte_ds18b20(0xbe);//读取温度寄存器templ=r_1byte_ds18b20();//温度低8位temph=r_1byte_ds18b20();//温度高8位if(temph>127) 1时，先将补码变为原码，再计算十进制值{temph=256-temph;templ=256-templ;n=1;}number[4]=(((templ&0xf0)>>4)|((temph&0x0f)<<4)); //16位speed=(number[4]*3/5+331+20)/100;number[2]=number[4]/100;number[4]=number[4]%100;number[1]=number[4]/10;number[0]=number[4]%10;number[3]=0;if(n){number[3]=0x0a;} //}wendu_display(void)//温度显示函数{ intj;P0=0xff;P1=0xff;rest_ds18b20(); //w_1byte_ds18b20(0xcc);w_1byte_ds18b20(0x44);readtemp_ds18b20();for(j=0;j<250;j++){chark;for(k=0;k<4;k++){P2=position[k];delay(90);P2=0xff;}}}voidBeep() //1s{unsignedchari;for(i=0;i<1000;i++){BEEP=1;delay(500);BEEP=0;d