基于单片机的超声测距系统设计

基于单片机的超声测距系统设射电路，接收电路，LCD显示电路和温度补偿电路。200cm范围内准确测量距离的便携式系统，经实际测量误差控制在5%以：超声波，测距，补偿BASEDONSINGLECHIPbecontroledontime.WecanlearnmuchaboutsinglechipduringthedesignofUltrasonicrangingbaseonsinglechip.andtemperaturedetectivepart.Withthehelofsmallestsystemandcomputer,theproductwhichcandetectivethedistancefrom5cmto200cmcomesout.Theerrorisonly0.5%.Thesystemcanhelpyoutakeagoodlearningaboutsinglechip.Ontheotherhand,thesystemcanbeusedinmanyenvironmentbyitspracticality.摘 第1 绪 课题的背景和意 超声波测距的发展现状趋 本课题任 第2 单片 单片机原理及应 单片机发展前 单片机程序编译环 KEIL uVision2 C51 RTX51 C51V7 第3 超声波测距原 超声波原理及应 超声波测距原 第4 测距系统构成与误差分 单片机控制 传感 LCD显示 系统误 第5 系统设 系统框 硬 程序流程 系统实物 测试及数据分 第6 总 参考文 附录1部分程 致 1绪课题的背景和意。给我们的生活带来了诸多方 出发,利用超声波的特。。。来为我们服务由于超声波指向性强,因而常于距离的测量超声波向某一方。。，。物就立即返回 超声波在空，。中的速度为v，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距物的距s，即：s=vt/2测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用[。制作基于单片机的超声波测距仪，需要以超声波技术为基础的超声波收发电路，以及以单片机技术为的主控制器。是学习电子产品设计的很好途径。利本课题任T/R-40-12超声波传感器。在了解超声波测距原理的基础上，完接收电路，LED显示电路，温度补偿电路。要求测量范围在5~200cm，测量误差2单片单片机原理及应单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的,而是把一个计算机系统集成到一个上,大大缩短了系统内信号传送距离，从而提高了系统所以，单片机是典型的嵌人式系统，是嵌入式系统应用的最佳选择。51系列单片机由以下几部分构成处理器内部数据器内部程序器的踪迹。的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传单片机的应用领域单片机的应用领域单片机发展故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，In公及技术，单片机的可靠性技术，以及以单片机为的嵌入式系统。E（ElticFastTransient）技术；低噪声布线技术及驱动技术；采用低频时钟。单片机程序编译环KEILKEILC51C编译器8051微控制器的软件开发提供C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加调试器。uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。C51V780518051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第开发工具。因此，C51V7版本无疑是8051开发用户的最佳选择。一个单一的uVision2工程能够产生一个或多个目标程序[21]。产生目标程序的源文件构成“组”。开发工具选项可以对应目标，组或单个文件。uVision2包含一个器件数据库(devicedatabase)，可以自动设置汇编器、编译器、连接及调试器选项，来满足用户充分利用特定微控制器的要求。此数据库包含：片上器和性。uVision2可以为片外器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模。集成功能：uVision2的强大功能有助于用户按期完工。集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息来优化用户变数－LINT接口：对应用程序代码进行语法分析。Infineon的EasyCase接口：集uVision2允许用户在编辑时设置程序断点（甚至在源代码编译和汇编之在属性框(attributescolumn)中可以快速浏览断点设置情况和源程序行的位置。uVision2中，你可以编写或使用类似Cprintf,memset,randCPU的模拟信号和脉冲信号(simulateoganddigitalinputstoCPU)。用户函数：扩展指令范围，合并重复watch窗口页面上的自定义变量；堆栈调用(callstack)页面上的调用记录（树）(calltree)；不同格式的四个区。 C518051系列所有资源的操作。SFRsfrsbit两个的器。模式（大，中，小）决定了变量的类型。连接支持的代码区可32个，这就允许用户在原64KROM8015基础上扩展程序。在V2的编译器和许多高性能仿真器中，可以支持应用程序的调试。中断功能：C51非中断的代码要求必须具备可再入功能。灵活的指针：C51提供了灵活高效的指针。通用指针用3个字节来器类型及目标地址，可以在8051的任意区内存取任何变量。特殊指针在的同时已指定了器类型，指向某一特定的区域。由于地址的只需1－2字节，因此，指针存取非常迅速通用代码优化：常量(constantfolding)；通用子表达式删除(commonsubexpressionelimination)；长度缩(reduction)；控制流优化(controlflowoptimization)；寄存器变量使用(registervariableusage)；寄存器间参数传递通用TailMerging；通用子程序块打包(blocksubroutinepacking)。扩展优化(extendedaccessoptimization)。C语言实时库：C51100多种功能，其中大多数是可再入的。库支ANSIC的程序，与嵌入式应用程序的限制相符。固有程序为硬件提供特殊指令，如：nop,testbit,rol,ror。A51宏汇编：A51MPL 是无版税的，完全集KeilC51工具链上C语言和汇编语言程序，也完全支持代码区的应用程序。RTX51完全支持：标准任务（用一个共享寄存器区CAN；RTX51RTX51Tiny都可使用户创建和撤消任务，发送和接收信号，也可间段内运行，当一个任务的时间段结束时，另一个任务随之开始；抢占方式断，或是为等待某个而主动放弃控制权。与中断，RTX51支持下列：Timeouts延特定定时点；Intervals延迟一段时间间隔；Signals协调内部任务操作；Messages在任务间互传信息；Interrupts处理硬件中断；Semaphores共享有限资源.uVision2调试器具备所有常规源极调试，符号调试特性以及历史，代码覆盖，复杂断点等功能．DDE界面和shift语言支持自动程序测试．CPU和外设模拟装置：uVision28051CPU模拟功能和片上扩展口．在框内可直接观察和修改I/O值，也可以用预装的C-LIKE宏uVision26字节堆栈空间，6KBROM256XdataRAMMCB517/251启动工具包：在开始一项8051工程时，MCB启动工具会对你有很大帮助。每一个启动工具包括2K字节的开发工具和许多可快速运行的举例程序。用户可在检测8051性能的同时，查看开发工具的可行性。MCB517AC板含高性能InfineonC517A单片机，它提供标准8052设备对81C90CAN控制器和代码区的支持。C51V7版提供了很多新的和增强的功能，使开发8051嵌入式应用比以前更大小；能完全模拟支持的器件，如Philips80C51MX,Dallas80C390和ogPhilips51MX24位地址；RTX51Tiny增加了新功能，它比以前更小，但提供的功能。3章超声波测距原超声波原理及应，振动状态通过空气媒质向四面八方这便是声波。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限，）（20000Hz，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致是一种能量的形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直）。。）技术超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术把从换能器发出的超。。））），。，）波通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构这方面的研究构成了分体可当作连续介质但对频率在1012赫以上的特超声波波长可与固体中的原子，。，）超声波测距停止计时。超声波在空气中的速度为v，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距物的距离(s)，即：sv2

(3-干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz干扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中4测距系统构成与误差分单片机控制单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的,而是把一个计所以，单片机是典型的嵌人式系统，是嵌入式系统应用的最佳选择。本课题，就是说UART串行通道。兼容性方面：向下完全兼容全部字系列产品。比如 、C51等等早期传感超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（T）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超发送与接收略有差别，它适用于在空气中，工作频率一般为235kz及40-45kz。这类传感器适用于测距、、防盗等用途。若对发送传感器内谐振频率为40kHz的压电陶瓷片(双晶振子)施加40kHz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短，于是发送40kHz频率的超声波，其超声波以疏密形式(疏密程度可由控制电路调制)，并传给波。是利用压力传T/R-40-60，T/R-40-12等（T表示发送，R表示接收，40表示频率为40kHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计。本设计选用T/R-40-12超声波传感器。，、、本系统选用DS18B20温度传感器作为误差补偿装置。DS18B20是DALLAS1—WIRE数字温度传感器，它可实现数字化输出和测试并且有控制功能强传输距离远能力强微功耗等特点。DS18B20的，、、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实0.0625℃，可实现高精度测温。750ms内把温度值转换为数字，速度更快送CRC，具有极强的纠错能力。LCD显示D2VCC(15脚)GND(16脚)，16脚接口的管1脚：VSS2脚：VDD5V时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”10K的电位器4脚：RS10时选择指第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。7～14脚：D0～D78位双向数据端。第15～16脚：空脚或背灯电源。系统误音的速度随高度增加而减小，声波的射线就会向上弯曲（’射线呈向下弯曲状，给人的听觉就是‘声音在下沉。’，，不同所以最终造成测量出来的距离不相等即如果不是在标准温度下进 干扰、时基脉冲频率等；但环境温度对声速的影响最大，从超声波声速经验，，，，。，331.40.61T0-40℃331.4m/s~354.85m/s。以超声波在20℃的室温条件下的声速343.32m/s6.83%。所以温度的影响不能忽略不计所以在基于单片机AT89C52的超声波测距系统中必须要，，。，v331.4 (4-5系统设系统框度度5-1由单片机发出40kHz的信号进入超声波发射电路，经LM386功率放大放大后进入超声波发射头。超声波发射头发射的超声波在空气中一段时间后20106接收入中断程序，在中断程序中，单片机从温度检测电路数值并换算成当前温度硬5-2信号同频率的超声波，所以发射电路的主要功能就是放大，发射电路如图5-2所20pin1pin8脚位间电容的搭配，增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源，输入电压范4V~12V4mA3m。利电信号非常微弱，必须经过放大，CX20106A完成放大调制的功能。如图5-3实验证明，CX20106A具有很高的灵敏度和较强的能力。内部电1μF50～300Ω的，在干扰较大的场合增加电阻阻值可将灵敏度调低，干扰小的场合减小阻值将灵敏度调高。5脚主要US_R1为超声波接收头，当收到超声波时产生一个下降沿，接到单片机的外部中断INT0上。当超声波接收头接收到40kHz信号时，将会将此信号通过CX20106A驱动放大送入单片机的外部中0口。单片机在得到外部中0的中断请求后，会转入外0的中断服务程序进行处理程序流程始始系统实物5-5超声波发射电路，主要为386功率放大；右下方为超声波接收电路，主测试及数据介于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了5cm、6cm、8cm、10cm15cm、20cm、30cm、50cm、100cm、150cm和200cm十一个距离进量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(室温),如表5-5所示。从表中的数据可以看出，测装置进行结果测量。实验装置如图6所示。尺5-6图5-6中，超声波发射头发射出超声波，在空气中一段距离后经由墙壁5-5实际距离测得距离误差误差比56-8----5-5数据表明，在近距离测量（5~8cm）100cm以上距离的测量中，误差略有升高。最小的可测距离是由接收换能器对声5-7图5-7更加直观的显示了测量的结果。虚线表示显示数据曲线，实线表示实此时测量的精确度最有保证。所以本设计的可测距离为5~200cm，但是最佳测量距离为10~100cm。6总应时间短，0.5秒刷新一次数据，所以测量的实时性和连续性好。参考文,,董峰,许水源.一种高精度超声波测距处理方法[J].厦门大学学报(自然科版),1998,.基于单片机的超声波测距系统[J].传感器世界潘宗预,潘登.超声波测距精度的探讨[J].湖南大学学报来清民,.超声波测距在行走机器人感知系统中的应用[J].微计算机信息,2006,22(2):206～208.赵广涛,程荫杭.基于超声波传感器的测距系统设计[J].微计算机信.新型集成器件实用电路[M]..电子工业,阎石.数字电子技术基础(第四版)[M].：高等教育李群芳等.单片微型计算机与接术（第二版）[M].：电子工业童诗白.模拟电子技术基础（第三版）[M].：高等教育张珂,.提高超声波测距精度方法的研究[J].现代电子技术，，.PIC单片机在超声波测距系统中的应用[J].机械工，，，史春雪.一种高精度超声波测距系统的改进[J].电子,,祎.超声定位车辆路径监测系统的设计[J].计算机测量与控制;2006年10期高飞燕.基于单片机的超声波测距系统的设计[J].;2005年07期;,杨丽荣.CPLD和单片机的高精度超声测距系统[J].单片机与嵌入系统应用2005年12期;19-何永强,卜英勇,,樊高妮.用于微地形探测的超声波测距系统[J].机械2005年12期118-时玮,,.温度修正的超声波测距控制设计[J].机械工程与自动化2005年06期;86-88牛余朋,成曙.基于单片机的超声波测距系统[J].兵工自动化;2005年04期;石峰.高精度低成本车用超声波传感器的研制[J].传感器世界 2006年01期谭定忠,王启明,王叶兰,辉,乔锋华.机器人测距传感器的研究[J].机械电子;2005年12期;53-,于雪峰.用PIC16C711实现超声波汽车倒泊防撞器的设计[J].中国科技信息;2005年22期;67+82苏炜,龚壁建,.超声波测距误差分析[J].传感器技术;2004年06期;10-沈俊霞,杨德.单片机在超声测距系统中的一种应用[J].电子科技;2005年05期,李钢.超声波测距系统的研究与设计[J].合肥工业大学学报(版);2004年06期;58-邢庆滨,赵春晖,蒋志高,.基于89C51的超声波液面仪[J].应用科技;2001年02期;16-17OndrejSajdl，JaromirZak，RadimirVrba.Zigbee-BasedWirelessMeasuringSensorSystem[J]，alWirelessKe-NungHuanga，Yu-PeiHuang.Multiple-frequencyultrasonicdistancemeasurementusingdirectdigitalfrequencysynthesizers[J]，SensorsandAct