超声波测距仪设计实训报告

超声波测高仪设计实训报告名 号（系）专业、年级 2014年1月10日摘要超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因此超声波经常用于障碍物的距离测量。由于超声波可做到无接触检测距离,这一特性用在人体或其它物体高度的测量上会变得非常方便。测高前先利用超声波测出发射头与地面的高度H1并存入单片机,然后将被测物移入测量区内测得上表面距离H2,用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示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，由主程序、中断程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。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方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。一、超声波测高原理超声波是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。利用超声波测高前先用超声波测出发射头与地面的高度H1并存入单片机,然后将被测物体移入测量区内测得上表面距离H2，用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。!LrtFta声波接发头・■■■■>■■■«*Ill!LrtFta声波接发头・■■■■>■■■«*IllH2被测物体被测物体髙=HI寸12超声波测高实现原理二、系统硬件设计1•系统结构设计整体电路的控制核心为单片机AT89C51。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接收。另外还有温度测量电路测量当时的空气温度，等到把数据送到单片机后使用软件对超声波的传播速度进行调整，使测量精度能够达到要求。整体结构图包括超声波发射电路、超声波接收电路、放大电路、比较震荡电路、单片机电路、键盘输入电路、电源电路、复位电路、显示电路、温度测量电路及温度补偿电路等几部分模块组成。超声波测距系统结构图如下图所示：

R40超声波传感器T40超声波传感器超声波

接收电路键盘

输入R40超声波传感器T40超声波传感器超声波

接收电路键盘

输入超声波测距系统结构图2•硬件电路图12本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用AT89S52，经济易用。电路原理图如下图所示:CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-询567C1130pF1_4键S1I—H6-8 12CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-询567C1130pF1_4键S1I—H6-8 12旦nr

匕3119189云16P10/TPO0P11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1INTOT1TOP20P21P22P23AT89C5EA/VP P26P27XIX2C8C9 C12 -130pF■—R13=l—上―I—fC1310“F+5VRESET RXD_ TXDRDWRALE/PSEN29三、具体实现操作1.实现步骤：（1）40kHz脉冲的产生与超声波发射测距系统中的超声波传感器采用UCM40的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号，这由单片机执行下面单片机P1.0端口，单片机执行上面的程序后，在P1.0端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头uCM40T，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射200ms。（2）超声波的接收与处理接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2°IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=l/l.lR8C3，电容C9决定其锁定带宽。调节Rpl在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，身高数据通过8脚送至单片机进行数据处理。电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高。

（3）计算超声波传播时间在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0,利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，利用超声波测高前先用超声波测出发射头与地面的高度H1并存入单片机，然后将被测物体移入测量区内测得上表面距离H2,用单片机算出两者之差就是被测物体的实际高度。2.超声波测高流程图：2.超声波测高流程图：I三1=1主程序）返回定时子程序）

、主程序ORG0300H0LIMPSHGPOPACCORG0200HPOPPSWLIMPDSHRETIORG0100H中断子程序RECEIVE0：PUSHLJMPRECEIVE1PSWORG0003HPUSHACCLJMPRECEIVE0CLREX0；关外SHG：SETBP1.3部中断0ACALLDSHMOVR7,TH0；读取ACALLRECEIVE1时间值ACALLDISPLAYMOVR6,TL0；接收子程序CLRCRECEIVE1■•MOVA,R6PUSHPSWSUBBA,#0BBH；计算时间差PUSHACCMOV70H,ACLREX0；关MOVA,R7外部中断0SUBBA,#3CHRETURN：SETBEX0；开MOV69H,A；计算外部中断并存储结果SETBEX0；开外部中断0POPACCPOPPSWRETIENDSIDBITP1.0；串行数据线SCLKBITP1.1；串行时钟线；内存数据定义STARTEQU80H；起始字节COMEQU81H；命令/数据HDATAEQU82H；命令/数据字节高位LDATAEQU83H；命令/数据字节低位ASCEQU84H；ASCII数据单元初始化子程序：INILCM：LCALLDL40MS；延时等待内部复位MOVCOM，#80H；使用8位控制界面LCALLWRITEMOVCOM，#80H；使用基本指令集LCALLWRITEMOVCOM，#0CHLCALLWRITE；整体显示ONMOVDL1MSMOVCOM，#01H；清屏LCALLWRITELCALLDL40MSMOVCOM，#06H；显示右移LCALLWRITELCALLDL1MSRET模块写入子程序：WRITE：MOVA,COM；送待发数据命令AMOVA，#0F0H；屏蔽低4位MOVHDATA，A；将高4位送HDATA单元MOVA，COM；取低4位SWAPA；高低4位互换MOVA，#0F0HLCALLSENDBYTEMOVLDATA，A；将低4位送LDATA单元MOVA，START；取起始字节LCALLSENDBYTE；发送LCALLDL1MS;延时1msMOVA，HD