超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計

1、超聲波測距儀電路設(shè)計實驗報告輪機系樓宇071 劉丹錦 2007212101一、實驗?zāi)康模?通過學(xué)習(xí)，了解超聲波測距儀的原理，掌握電路串接方法，熟悉電路元件，掌握焊接方法。二、實驗設(shè)備及器材：電烙鐵，錫線，電路元件。其中電路元件清單如下：參數(shù)名稱代號數(shù)量參數(shù)名稱代號數(shù)量470UC111KR1, R2, R3, R4, R16, R176100uC214.7R131104C3, C42220KR141224C5, C10222KR151223C614.7KR181330PC71按鍵RST, S1, S2, S3, S453.3UFC81蜂鳴器SP111UFC91超聲波接收管R147UFC111超聲

2、波發(fā)射管T110uFC121LM7805U1130pCY1, CY2274HC245U214007D1, D2, D3, D4489S52U310.36數(shù)碼管DS11CD4069/74LS04U41360R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12,8CX20106AU5110K排阻PR1111.0592MY118550Q1, Q2, Q3, Q4, Q55DC電源插座P11下載頭JTAG1PCB電路板1三、電路原理圖：四、實驗內(nèi)容：1,學(xué)習(xí)keil軟件編寫超聲波測距程序#include <AT89X52.H>unsigned char code dispbi

3、tcode=0x31,0x32,0x34,0x38,0x30,0x30,0x30,0x30;unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x77,0x7c,0x39;unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0;unsigned char dispcount;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned int temp1;unsigned char i;sbit ST=P30

4、;sbit OE=P31;sbit EOC=P34;sbit CLK=P35;sbit M1=P36;sbit M2=P37;sbit SPK=P26;sbit LA=P33;sbit LB=P32;sbit LC=P27;sbit K1=P24;sbit K2=P25;bit wd;bit yw;bit shuid;bit shuig;unsigned int cnta;unsigned int cntb;bit alarmflag;void delay10ms(void)unsigned char i,j;for(i=20;i>0;i-)for(j=248;j>0;j-);vo

5、id main(void)M1=0;M2=0;yw=1;wd=0;SPK=0;ST=0;OE=0;TMOD=0x12;TH0=0x216;TL0=0x216;TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;TR1=1;TR0=1;ET0=1;ET1=1;EA=1;ST=1;ST=0;while(1)if(K1=0)delay10ms();if(K1=0)yw=1;wd=0;else if(K2=0)delay10ms();if(K2=0)wd=1;yw=0;else if(LC=1)delay10ms();if(LC=1)M1=0;M2=1;temp1=13;s

6、huid=0;shuig=1;LB=0;else if(LC=0) && (LB=1)delay10ms();if(LC=0) && (LB=1)M1=0;M2=0;temp1=12;shuig=0;shuid=0;LB=0;else if(LB=0) && (LA=1)delay10ms();if(LB=0) && (LA=1)M1=1;M2=0;temp1=11;shuig=0;shuid=0;LB=0;else if (LA=0)delay10ms();if(LA=0)M1=1;M2=0;temp1=0;shuid=1;sh

7、uig=0;LB=0;void t0(void) interrupt 1 using 0CLK=CLK;void t1(void) interrupt 3 using 0TH1=(65536-500)/256;TL1=(65536-500)%256;if(EOC=1)OE=1;getdata=P1;OE=0;temp=getdata*25;temp=temp/64;i=2;dispbuf0=10;dispbuf1=10;dispbuf2=0;dispbuf3=0;if(yw=1)&&(wd=0)dispbuf+i=temp1;else if(yw=0)&&(wd

8、=1)while(temp/10)dispbufi=temp/10;temp=temp%10;dispbuf+i=temp;ST=1;ST=0;P0=dispcodedispbufdispcount;P2=dispbitcodedispcount;dispcount+;if(dispcount=8)dispcount=0;if(shuig=1) && (shuid=0)cnta+;if(cnta=800)cnta=0;alarmflag=alarmflag;if(alarmflag=1)SPK=SPK;else if(shuig=0) && (shuid=1)c

9、ntb+;if(cntb=400)cntb=0;alarmflag=alarmflag;if(alarmflag=1)SPK=SPK;elsealarmflag=0;cnta=0;cntb=0;/完整的程序2、超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計2.1 超聲波測距儀硬件電路硬件電路可分為單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3-4所示。發(fā)射電路主要有反向器CD4069和超聲波發(fā)生換能器T構(gòu)成，單片機P1.0的端口輸出 40KHz方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。用這種推挽

10、形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上拉電阻R10，R11一方面可以提高反向器74lS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由震蕩的時間。圖3-4超聲波發(fā)射電路原理圖超聲波檢測接收電路集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測距的超聲波頻率40KHZ較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路（如圖3-5）。實驗證明用CX20106A接受超聲波（無信號時輸出高電平），具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)更

11、改電容C4 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖5圖3-5超聲波檢測接收電路原理圖3、超聲波測距儀系統(tǒng)程序的設(shè)計3.1超聲波測距儀的程序設(shè)計超聲波測距器的軟件設(shè)計主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波接受中斷程序及顯示子程序組成。超聲波測距器的算法設(shè)計圖4-1示意了超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波信號遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可以計算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。TR圖4-1超聲波測距的示意圖距離的計算公式：d=s/2=(c*t)/2其中d為被測物與測

12、距器的距離，s為聲波的來回路程，c為聲波，t為聲波來回所用的時間。由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，表4-1列出了幾種不同溫度下的超聲波聲速，在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的，如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速校正后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。表4-1 不同溫度下超聲波聲速表溫度-30-20-100102030100聲速c/m/s313 319325323338344349386主程序主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定定時器T0工作模式為6位定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程

13、序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約0.1ms（這也就是超聲波測距器會有一個最小測距離的原因）后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用的是12MHz的晶振，計算器每計一個數(shù)就是1us,，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（1-2）計算，即可得被測物體與測距器之間的距離，設(shè)計時取20時的聲速為344m/s則有D=(c*t)/2=172T0/10000cm1-2其中T0為計數(shù)器T0的計數(shù)值。測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利

14、于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用C語言編寫。圖4-1為主程序流程圖。開始系統(tǒng)初始化顯示結(jié)果0.5s發(fā)射超聲波脈沖計算距離等待反射超聲波 圖4-1主程序流程圖 系統(tǒng)程序流程圖4-2工作時，微處理器AT89S52先把P1.0置0，啟動超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時啟動內(nèi)部定時器T0開始計時。由于我們采用的超聲波傳感器是收發(fā)一體的，所以在發(fā)送完16個脈沖后超聲波傳感器還有余震，為了從返回信號識別消除超聲波傳感器的發(fā)送信號，要檢測返回信號必須在啟動發(fā)射信號后2.38ms才可以檢測，這樣就可以抑制輸出得干擾。當(dāng)超聲波信號碰到障礙物時信號立刻返回，微處理器不停的掃描INT0引腳，如果INT0接收的信

15、號由高電平變?yōu)榈碗娖?，此時表明信號已經(jīng)返回，微處理器進入中斷關(guān)閉定時器。再把定時器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。3.2超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送2個左右超聲波脈沖信號（頻率約為40kHz的方波），脈沖寬度為12us左右，同時把計數(shù)器T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行時間準(zhǔn)確，所以采用匯編語言編程。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平）立即進入中斷程序。進入該中斷程序后立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計

16、時器溢出是還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示本次測距不成功。4、焊接電路板5、運行調(diào)試其中超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距48cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次

17、發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為0.075.5m，測距儀最大誤差不超過1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。調(diào)試注意事項 :a 超聲波探頭表面嚴禁用手及其它物體觸摸以免產(chǎn)生信號 滯后性及損壞;b所有IC器件最好拔下烙鐵插頭再焊接,以免損壞;c 按圖安裝完畢后接上12V電源,測距部分只要安裝正確 不必進行調(diào)試即可正常工作,同時接收電路應(yīng)用鐵皮屏蔽以增加抗干擾的性能.以上所有芯片采用DIP封裝如要縮小體積所有器件可用貼片封裝;d 使用注意事項:在測距中應(yīng)保證測距儀與被測物體距離為定值,要和被測物體成一條直線,使測得距離讀數(shù)的準(zhǔn)確性. 五、實驗小結(jié)：在這次的實習(xí)過程中最挑戰(zhàn)我動手能力的一項訓(xùn)練就是焊接。焊接是金屬加工的基本方法之一。其基本操作“五步法”準(zhǔn)備施焊，加熱焊件，熔化焊料，移開焊錫，移開烙鐵，看似容易，實則需要長時間練習(xí)才能掌握。剛開始的焊點只能用“丑不忍睹”這四個字來形容，在不斷挑戰(zhàn)自我的過程中，焊接技術(shù)日趨成熟。當(dāng)我終于能用