传感器与测试技术课程设计

0传感器与测试技术课程设计一、课程设计目的 2二、课程设计题目 2三、课程设计内容及要求 21、设计内容 22、设计要求 2 2五、系统框图 4六、单元电路设计原理 41、LED显示电路与键盘控制电路设计 42、超声波发射电路设计 53、超声波接收电路设计 74、串口通信与蜂鸣器电路设计 8七、软件设计与系统调试 91、主程序流程图 1.1发射程序与接收流程图 1.2中断子程序及流程图 1.3距离计算与显示子程序 八、设计中的问题及解决方法 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设2)测量范围：30cm～200cm,3)误差<0.5cm。4)其它。1)掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。2)独立设计原理图及相应的硬件电路。将机械能转换为电信号，就成为超声接收波换能器。超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t,测距原理如图2-1所示，距离公式为s=ct/2,其中c为声速。通过测量发射与接受装置之间的距离h,利用直角三角形可求得d=√s²-(h/2)²。因为s》h,则d=s,d=s=ct/2。本测量电路采用第二种方图4-1测距原理图在空气中，常温下超声波的传播速度是334米/秒，但其传播速度v易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高1℃,声速增加约0.6米/秒。声速与温度关系如表4-2所示。因此在测距精度要求很高的情况下，应通过对温度补这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差t以及现场环境温度T,就可以精确计表4-2声速与温度关系表：0路六、单元电路设计原理1、LED显示电路与键盘控制电路设计显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单最直观的显示器可以使用LED发光二极管，而复杂的教完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏。综合课题的实际要求，由于只需显示距障碍物的距离，因此选用LED数码管，通过单片机编程实动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划断a—dp同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立的受I/0线的控制。CPU向字段输出口送出字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的 (约1ms),但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非人同时点亮，但只是扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。采用静态扫描方式控制点亮LED数码管无位选信号，各数码管是同时点亮的，每个数码管显示数码的笔划信息也分路同时送给，其原理比较简单。静态扫描显示编程容易，显示比较清晰，亮度一般较高，但要求占用很多I/0接线口和增用不少硬件芯片，成本较高。因此，我采用动态扫描。设计的显示电路采用4位一体八段共阴极数码管显示，段码直接由单片机的PO口来驱动，因为PO口的内部无上拉电阻，需在外部接上拉电阻；位码则通过4个NPN型三极管来驱动，同时接单片机P2口。显示电路如图6-1所示。PNPDS1?3DS253DS3图6-1显示电路S4为预留出来的按键，当需要的时候可以实行编程控制。电路设计如图6-2所示。图6-2键盘控制电路射与接收可采用一体式的或独立式的，但是一体式的盲区问题比较严重，所以本次设计选择发射和接收探头分开的，具体将采用超声波发射换能器TCT40-16BT和超声波接收换能器●输出电压：≥115dB方波脉冲信号。40kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振式电路，输入与输出的相位图如图3-4所示，再加上输出端上拉电阻R3,R4,一方面可以提高反向器MC14069UB输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。发射电路如图6-3所示。图6-3超声波发射电路将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT4负脉冲送给单片机的P3.2(INTO)引脚，以产生一个中断。CX20106A是日本索尼公司生产的红外接收芯片，也适用于超声波接收。其采用单列81脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。3脚：该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若4脚：接地端。7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式阻到电源端，该电阻推荐阻值为22kQ,没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则接收部分的电路如图6-4所示。图6-4超声波接收电路简单、成本低等优点，由于红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz比较接近，而且CX20106内部设置的滤波器中心频率fO可由其5脚外接电阻调节，阻值越进行频率选择，滤除干扰信号，再经整形，送给输出端7脚。当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时，其输出端7脚就输出低电平，而输出端7脚直接接到SST89E564的INTO引脚上，以触发中断。若频率有一些误差，可调节芯片引脚5的外接电阻R7,将滤波器的中心频率设置在40kHz,就可达到理想的效果。需要4个0.1μF的电容器，可以实现与计算机的通信，电路如图6-5所示。JJ878O-37261DB9连接口3C2-9594C1-4625如图6-6所示，蜂鸣器的正极接到VCC(+5v)电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P1.1脚的电平来使蜂鸣器发出声音。当P1.1输出高电平时，三极管截止，没有电流通过线图6-6蜂鸣器电路系统软件设计采用模块化设计，主要包括中断主程序、入口程序、定时器0中断程序、主程序首先要对系统环境初始化，设置定时器TO工作模式为16位定时/计数器模式，置位总中断允许位EA并清计数器，然后调用超声波发生子程序送避免超声波从发射器直接传到接收器引起的直射波，需要延时0.1ms(这也就是超声波测距系统会有一个最小可测距离的原因)后才可打开外部中断0接收返回的超声波信号。由于采程序流程图如图7-1所示。开始开始单片机初始化发射脉冲N判断是否有回波Y接收脉冲计算距离图7-1主程序流程图外部中断引脚的分配和使用。本设计中P1.0引脚连接到推挽放大电路再连接到超声波发射传感器，P1.0引脚输出的将是软件方式产生的40kHz方波，而P3.2(INTO)则被用来接收回波。定时器T1,TO均工作在工作方式1,为16位计数，T1定时器被用来开启一次测距过程值均设为0.超声波的接收由接收子程序来执行，接收子程序如图4-2所示。首超声波，接收端判断是否有回波，若时间大于30ms仍没检测到回波则重新发射超声波；若初始化初始化YNN时间>30msN显示是回波信号?Y软件滤波图7-