超声波测距仪设计报告

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--内页可以根据需求调整合适字体及大小--超声波测距仪(液晶屏加报警)设计报告(总20页)PAGE超声波测距仪设计报告设计要求提供2cm—400cm的非接触式距离测量功能，测距精度达到3mm。测量结果通过液晶屏实时显示。当测量距离小于20cm时，进行声音和灯光报警。超声波测距原理测量距离的方法有很多种，短距离的可以用米尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为米/秒，由单片机负责计时，系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time

of

flight），也可以称为回波探测法，如图1所示。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中(20℃)的传播速度为340m/s(实际速度为344m/s这里取整数)，根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离，公式。图1超声波测距原理由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表1声速与温度的关系温度(℃)－30－20－100102030100声速(m/s)313319325323338344349386硬件系统设计1、设计框图本研究设计的超声波测距仪框图如图2所示。图2超声波测距仪方框图2、US-100超声波收发模块该超声波收发模块可自己产生40kHz的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头接收。经接收电路的检波放大，积分整形，在ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。具体过程如图3所示。图3US-100超声波收发模块工作时序图上图表明：只需要在Trig/TX管脚输入一个10us以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号，当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一个高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。即距离值为：（高电平时间*340m/s）/2注：因为距离值已经经过温度校正，此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，也就是不管温度多少，声速选择340m/s即可。使用US-100超声波收发模块进行距离测量测量时，单片机只需要输出触发信号，并监视回响引脚，通过定时器计算回响信号宽度，并换算成距离即可。该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠，其参数指标如表2所示。

表2US-100模块电气参数应注意测量周期必须在60毫秒以上，防止发射信号对回响信号的影响。图4US-100超声波模块外形图模块共有两个接口，即模式选择跳线和5pin接口。模式选择跳线接口设置为当安装上短路帽时为UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。3、单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52，其管脚如图5所示。图5STC89C52单片机管脚图该芯片为52核8位单片机，兼容Intel等52核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图6所示。图中TRIG引脚为单片机发送触发信号的引脚，ECHO引脚为US-100模块送回回响信号的引脚，接至单片机外部中断脚上，可以利用外部中断测量回响信号宽度。当测量距离小于阈值20cm时，单片机通过管脚发出灯光报警信号，触发LED报警灯亮，同时通过管脚发出声音报警信号beep，该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。图6单片机系统及超声波模块接口原理图4、蜂鸣器报警电路图7所示为蜂鸣器报警电路。由于单片机管脚的灌电流比拉电流容量大，因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响，高电平关闭。当脚输出低电平时，PNP型三极管8550导通，有集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。当脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器关闭。图7蜂鸣器报警电路5、显示电路显示部分采用SMC1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：表3液晶屏技术指标接口信号说明如表4所示。表4液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图8所示。图8LCD与单片机接口电路6、供电及程序下载电路本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图9所示。图9供电及程序下载电路软件编程1、软件流程图本设计软件主程序流程图如图10所示，(a)为主程序流程图，(b)为定时中断子程序流程图，(c)为外部中断子程序流程图。(a)主程序流程图(b)外部中断流程图图10程序流程图2、主程序下面介绍主程序编写，其他程序略。(1)头文件和一些宏定义/*******************************************************************//*******************超声波测距仪************************************//*******************(液晶屏显示)************************************//*******************晶振********************************/#include<>#include""typedefunsignedcharU8;/*definedforunsigned8-bitsintegervariable无符号8位整型*/typedefsignedcharS8;/*definedforsigned8-bitsintegervariable有符号8位整型*/typedefunsignedintU16;/*definedforunsigned16-bitsintegervariable无符号16位整型*/typedefsignedintS16;/*definedforsigned16-bitsintegervariable有符号16位整型*/typedefunsignedlongU32;/*definedforunsigned32-bitsintegervariable无符号32位整型*/typedefsignedlongS32;/*definedforsigned32-bitsintegervariable有符号32位整型*/typedeffloatF32;/*singleprecisionfloatingpointvariable(32bits)单精度浮点数32位长度*/typedefdoubleF64;/*doubleprecisionfloatingpointvariable(64bits)双精度浮点数64位*/;*描述:该程序实现了对液晶1602的控制。***********************************************************************/#include""#include""/*********************************************************************名称:delay()*功能:延时,延时时间大概为140US。*输入:无*输出:无***********************************************************************/voiddelay(){ inti,j; for(i=0;i<=10;i++) for(j=0;j<=2;j++);}/*********************************************************************名称:Convert(ucharIn_Date)*功能:因为电路设计时，接法刚好了资料中的相反，所以设计该函数。*输入:1602资料上的值*输出:送到1602的值***********************************************************************/ucharConvert(ucharIn_Date){/*uchari,Out_Date=0,temp=0;for(i=0;i<8;i++){temp=(In_Date>>i)&0x01;Out_Date|=(temp<<(7-i));} returnOut_Date; */returnIn_Date;}/*********************************************************************名称:enable(uchardel)*功能:1602命令函数*输入:输入的命令值*输出:无***********************************************************************/voidenable(uchardel){ P0=Convert(del); RS=0; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名称:write(uchardel)*功能:1602写数据函数*输入:需要写入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidwrite(uchardel){ P0=Convert(del); RS=1; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名称:L1602_init()*功能:1602初始化，请参考1602的资料*输入:无*输出:无***********************************************************************/voidL1602_init(void){ enable(0x01); enable(0x38); enable(0x0c); enable(0x06); enable(0xd0);}/*********************************************************************名称:L1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign)*功能:改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符显示"b"，调用该函数如下 L1602_char(1,5,'b')*输入:行，列，需要输入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); write(sign);}/*********************************************************************名称:L1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能:改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符开始显示"abcdef"，调用该函数如下 L1602_string(1,5,"abcdef;")*输入:行，列，需要输入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); while(1) { if(*p=='\0')break; write(*p); p++; }}ex文件后，就可以下载并进行调试了。USB转串口驱动安装打开USB驱动文件夹下的安装文件，按提示安装USB转串口驱动程序。安装完成后，插入USB下载线后，在[开始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器]，在“端口”分支下有（ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。X表示串口号，如果没有说明USB转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的COM口号。图11成功安装USB转串口驱动示意图下载程序打开STC单片机下载软件文件夹，点击运行程序，出现如下界面。图12下载软件正确选择MCU类型为STC89C52，COM口（与刚才安装的COM号一致），最高波特率