題目：基于單片機的超聲波距離測試儀

專業：班級：

指導老師：答辯人：

答辯提綱

了解課題，收集資料共同討論，確定方案電路設計與實現軟件設計與調試總結及下一步工作致謝了解課題超聲波具有指向性強，能量消耗緩慢，傳播距離較遠等優點，所以，在利用傳感器技術和自動控制技術相結合的測距方案中，超聲波測距是目前應用最普遍的一種，它廣泛應用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業現場。了解課題目前測量距離一般都采用波在介質中的傳播速度和時間關系進行測量。常用的技術主要有激光測距、微波雷達測距和超聲波測距三種。超聲波經常用于距離的測量。超聲波定位技術成本低、精度高、操作簡單、工作穩定可靠，非常適合于短距離測量定位。STC89C52RC單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用它的片內資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統。確定方案由單片機AT89S51編程產生40kHz的方波，由P1.0口輸出，再經過放大電路，驅動超聲波發射探頭發射超聲波。發射出去的超聲波經障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理,送至單片機。單片機利用聲波的傳播速度和發射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離,并由單片機控制顯示出來。確定方案該測距裝置是由超聲波傳感器、單片機、發射/接收電路和LED顯示器組成。傳感器輸入端與發射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機相連接,單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。單片機在T0時刻發射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間t，由此便可計算出距離。電路設計與實現發射模塊設計：發射電路主要有反相器74LS04和超聲波換能器構成,單片機P1.0端口輸出的40KHz方波信號一路經一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高超聲波發射強度。輸出端采用兩個反向器并聯，可以提高驅動能力。上拉電阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅動能力；另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，以縮短其自由振蕩的時間。接受模塊設計:集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片。實驗證明，用CX20106A接收超聲波（無信號時輸出高電平）具有很高的靈敏度和抗干擾能力。適當的更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。測溫及報警模塊:采用MAXIM公司的DS18B20作為溫度傳感和測量裝置，測量范圍在之間，測量分辨率可選9位或12位，在范圍內保證精度．因此完全可以滿足普通條件下的測溫要求。DS18B20采TO一92型封裝只有3個引腳，一根電源線，一根地線，一根數據線，每片DS18B20有一個64位串行代碼存儲器。這里用P3.7口作為與DS18B20的數據輸入輸出口。報警電路在所測溫度高于所設溫度范圍時發出報警聲。軟件設計與調試超聲波測距器的算法設計:超聲波發生器T在某一時刻發出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器R接收到。這樣，只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。該距離的計算公式如下：

d=s/2=(v×t)/2

其中：d為被測物體與測距器的距離；s為聲波的來回路程；v為聲速；t為聲波來回所用的時間。主程序：主程序首先要對系統環境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時/計數器模式，置位總中斷允許位EA并對顯示端口P0和P2清0；然后調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖。為了避免超聲波從發射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發，需要延時約0.1ms(這也就是超聲波測距器會有一個最小可測距離的原因）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，計數器每計一個數就是1μs，所以當主程序檢測到接收成功的標志后，將計數器T0中的數（即超聲波來回所用的時間）按式d=(v×t)/2=(172T0/10000)cm計算,即可得被測物體與測距器之間的距離。設計時取20oC時的聲速為344m/s。測出距離后，結果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發送超聲波重復測量過程。

超聲波發生子程序和超聲波接收中斷程序：超聲波發生子程序的作用是通過P1.0端口發送兩個左右的超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數器T0打開進行計時。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引腳出現低電平），立即進入超聲波接收中斷程序。就立即關閉計時器T0，停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時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關閉，并將測距成功標志字賦值2，以表示本次測距不成功。#include<reg51.h> #include<intrins.h> #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint#definenop()_nop_() //定義空操作sbitsegce= P1^0;sbitdigce= P1^1;sbitvout=P1^4; //聲明40KHz脈沖信號輸出口sbittest=P1^5;//測試用引腳sbitOUT1=P0^5;sbitOE=P1^2;voiddelay(uintx); //延時程序voiddisplay();ucharcodenum_table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};//共陰數碼管0123456789滅/*定義數碼管顯示字符跟數字的對應數組關系*/uchardatasled_lighten_table[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};//定義每次掃描時需點亮的數碼管uchardis_buff[]={0xff,0xff,0xff}; //定義段碼緩沖數組uinttime,distance,i; //定義接收時間與距離變量bitrec_flag; //定義接受成功標志位uchark,j,number; //定義脈沖個數與位選控制變量voidbaojing();//延時程序voiddelay(uintx){uinti,j;for(i=x;i>0;i--)for(j=124;j>0;j--);}//主程序

voidmain(){ TMOD=0x21; //T1為8位自動重裝模式

TH0=0x00; //65ms計數初值

TL0=0x00; TH1=0xf4; //12us計數初值

TL1=0xf4; PX0=1; PT1=1; ET0=1; EA=1; TR0=1; while(1) {dis_buff[2]=num_table[distance/100]; dis_buff[1]=num_table[distance%100/10]; dis_buff[0]=num_table[distance%10]; display(); if(rec_flag) { rec_flag=0; delay(400);//測量間隔控制（約4*100=400MS）

display(); EA=1; TR0=1; } }}//顯示子程序voiddisplay(){for(number=0;number<3;number++){P0=dis_buff[number];segce=1; segce=0;P0=sled_lighten_table[number];digce=1;digce=0;delay(5);}if(distance<50){baojing();}}voidbaojing(){OE=0;P0=0;OUT1=1;for(i=0;i<200;i++)//喇叭發聲的時間循環，改變大小可以改變發聲時間長短

{delay(5);//參數決定發生頻率

test=!test;}test=1;//喇叭停止工作，間歇的時間

OUT1=0;