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1、精品名师归纳总结倒车雷达超声波测距设计作者姓名：专业班级：信息工 电程子方向）指导老师：摘要本次设计采纳单片机 STC89C52来掌握整个超声波系统。由单片机掌握产生超声波并且掌握定时器开头计时，当接收电路接收到回波时，定时器产生中断，停止计时。 信号发出到接收到回波信号所用的时间是由单片机运算完成，从而得到实测的距离。 距离显示在 LED数码管上，并掌握报警电路。整个硬件电路由电源电路、按键电路、显示电路、报警电路以及超声波模块构成。按键电路用来掌握报警距离的增加或者削减，便利且有用。本次设计具有简洁掌握和工作稳固等优点。关键词： STC89C52超声波 测距可编辑资料 - - - 欢迎下载
2、精品名师归纳总结Ultrasonic Ranging SystemAbstract ： Thedesign mainlyuses microcontrollerSTC89C52 controllingultrasonic ragingsysterm. Singlechip gets to control the production of ultrasonic waveand timers .As the ultrasonic receiver circuit receives the ultrasonic wave,the timers stops to work,and SCMC begi
3、ns countting the time of ultrasonic wave spontaneous emission to receive round-trip,so we gets the distance.And displays the measured distance in the LED and controls alarm circuit.The circuit is composed of the power circuit, key circuit, display circuit, alarm circuit and ultrasonic module. The ke
4、y is convenient to set alarm distance.This design has such merits as it is easy to control very much and it works reliably,and so on.Keywords: STC89C52, Ultrasonic wave ,Measure distance可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录第 1 章 前言 11.1课题讨论的目的及意义 .11.2超声波测距系统的国内外现状 .11.3第 2 章2.1设计的要求 .系统总体方案的挑选 2超声波的简介 .122.2超
5、声波测距系统原理 .22.3方案挑选 .2第 3 章 整体硬件电路设计 43.1 单片机系统电路 .43.1.1复位电路 .43.1.2时钟电路 .53.2蜂鸣器报警电路 .63.3按键电路 .63.4超声波发射电路 .73.5超声波接收电路 .73.6超声波模块 .83.7显示电路 .83.8电源电路 .93.9系统的整体电路 .10第 4 章软件部分 114.1主程序设计 .114.2中断处理程序 .124.3距离的运算及显示电路的设计 .134.4报警电路的设计 .144.5按键电路的设计 .14第 5 章 硬件的组装及调试 15结论 17致谢 18参考文献 19附录 20可编辑资料 -
6、 - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 1 章 前言1.1 课题讨论的目的及意义经济的进展带来社会的进步，超声波测距被频繁的用在人们的日常工作之中。超声波拥有测量稳固、穿透才能强、易接收等特点，同时超声波测距不用接触到物体， 适用于了情形比较复杂的环境。仍由于超声波测距易于掌握，并且达到了所要求测量的工业指标，所以超声波测距被用于猎取距障碍物的位置信息、移动机器人、汽车倒车雷达等方面的讨论。1.2 超声波测距系统的国内外现状国内超声波测距主要针对固体和液体的讨论，在测距的稳固性和精确性上有了很大程度的提高。并且随着科学技术的不断提高，超声波技术在工业的自动掌握、汽车倒车系统等方面也有深化的讨论。
7、此外在医学、生物科学等领域也有突出的位置。国外也做了大量的讨论是关于提精湛声波测距。 Figneroa J F， LamancusaJS在运算时间方法上又有了新的突破，传播时间的获得是通过相加峰值时延和相位时延。1.3 设计的要求设计一个超声波测距系统，距离设定一个限定值，当超声波探头与被测物体的距离小于设定值时，两者的距离显示在四位七段数码管上并开头报警。设计主要需求如下：（1） 电路测量的距离为 6m。并且误差率不得超过0.03%。（2） 与被测物体的距离用数码管显示，并有报警功能。3）设置按键电路，能对设置的最小报警距离进行转变。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 2 章
8、 系统总体方案的挑选2.1 超声波的简介我们知道，声音的发出是产生了振动。我们知道赫兹定义为声音的振动频率， 2020000 赫兹的振动频率是人的耳朵可以接收到的，高于20000 赫兹的，我们定义为超声波。超声波具有穿透性好、简洁猎取等特点，在医学、工业、军事、农业等方 面有着庞大的讨论价值。2.2 超声波测距系统原理在超声波测距的过程中，超声波的发射端接收到的脉冲为一系列的方波。时间间隔大小为方波的宽度，距离越远，脉冲的宽度越大。脉冲的个数也随着测距的远近而变化。超声波测距的方法是：测量出输出脉冲的宽度即发出超声波到接收超声波的时间间隔 t, 利用公式 S=1 2vt, 算出被测距离。超声波
9、的算法设计： X1 是超声波发出的时间， X2 是超声波接收的时间。我们知道声波的传播速度为 340m/s，所以被测距离 L 如图 2-1 。图 2 1 测距原理2.3 方案挑选本方案挑选 STC89C52单片机来掌握整个电路，测得的距离显示在四位数码管上， 并依据所设置的报警距离开头报警。超声波的发射信号由单片机发出并送到发射电路上，发出超声波。接收电路由CX20216A芯片和接收探头构成。报警电路中，电阻R15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为限流电阻、晶体三级管为驱动蜂鸣器。本设计将发射探头和接收探头分别，这样可以防止信号发生混叠干扰，从而使的测量数据更加的精确。依据以上
10、设计如图2-2 。超声波的接收单片机数码管显示超声波的发射掌握器蜂鸣器报警图 2-2系统框图结合实际需求，在网上查找了相关的资料，打算选用HC-SR04超声波集成模块。此模块发出的超声波能够测量的范畴在5m到 2cm之间，能够精确到 3mm，它的发射角不大于 15，有利于精确的测量。并且工作频率在39 kHz41 kHz 左右，完全符合本次设计的 40kHz 的工作频率。由于超声波的发射探头和接收探头是放在同一水平直线上的，而且超声波信号在传播的过程中会发生衰减，所以两个探头不能距离太远。又由于假如两个探头离的太近会产生信号的干扰，测量出来的结果会产生误差。第 3 章 整体硬件电路设计3.1
11、单片机系统电路本次设计采纳了高速、功耗低的STC89C52单片机。这款 STC89C52单片机在功能上和以前 51 单片机的一样，并且仍扩展了功能，使得用起来更加的便利。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-1STC89C52引脚图3.1.1 复位电路在单片机规格书中，有这样一段描述：假如当RST端口连续两个周期以上的高电平，系统就会复位。电路如下：图 3-2复位电路在 VCC供电时， RST的电压和 VCC一样。随着从 C3 电容的充电， RST电位开头下降，并形成一个正向的脉冲，只要脉冲宽度足够就可以实现复位。关于 RC的运算：机械周期 =震荡周期 *123-2关于复位时
12、间 t 的运算:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3-3查看相关资料知道 , 当 REST上的电压高于 0.7Vcc 时，就可以被看为高电平。本次用的系统电压为 5V, 所以 REST上超过 3.5V 就可以看成高电平，并且高电平的时间超过 2us，单片机就可以复位。最终运算RST的电位，复位电路为一阶 RC电路，所以电压与电流有一下关系：3-4由于。所以。设 Reset pin电压为，那么：所以， 当的时，。当且仅当时，系统实现复位，并且电阻和电容 RC满意条件。所以用 R=10K 、C=10 F 符合要求。3.1.2 时钟电路时钟电路的两个引脚分别接入XTAL1端口和 XTA
13、L2端口。在两个引脚之间接入一个 12M的晶振，两个 22PF的电容和晶振并联后接的。电容的可以使电路更加的稳固， 电路如下：图 3-3时钟电路3.2 蜂鸣器报警电路报警电路由蜂鸣器、三极管、电阻构成。蜂鸣器由三极管驱动。 R15 为 1k 的电阻，作用是爱护蜂鸣器。单片机 P36 端口和电阻 R15 连接，当单片机 P36 口发送一个低电平到报警电路时， NPN型三极管开头驱动蜂鸣器进行报警，报警电路如图 3-4 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-4 报警电路3.3按键电路按键电路由三个切换开关，一个5 如下：LED设置指示灯和一个限流电阻构成。电路图3-图 3-5
14、按键电路按键电路的功能是：当按下 k1 键位时，指示灯亮起，开头设置报警距离。K2 按下，报警距离从原先的距离开头增大，当按下K3 键位报警距离开头减小。限流电阻 R14的运算：R式中 U2为供应的 5V电压， U1 和 I 分别为发光二极管两端的电压、电流。此次设置指示灯用的是绿色发光二极管，正向压降 UF为 2v, 工作电流 IF 为 20 毫安。所以R14=5-2）/0.02=150 。3.4 超声波发射电路发射电路主要由 5 个非门组成 74LS04 芯片电路组成。单片机发出的 40 kHz 的脉冲不能直接由发射电路发出，要经过足够倍数的放大后，才能由发射探头发出。所以74LS04反相
15、器其实就是一个放大电路。超声波发射电路如图3-6 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-6发射电路R16和 R17为 1K 的电阻，能够 74LS04芯片放大的输出才能。 Vcc 为整个电路供应电源。电路工作时，单片机产生的 40 kHz 由 P0.1 端口发送到发射电路，信号由74LS04芯片放大并由超发出。3.5 超声波接收电路由于超声波在传播的过程中是有衰减的，所以在中长距离的测量中，反射回来的 信号被衰减了，所以有必要进行信号的放大，放大的倍数仍比较大。查看相关资料， 此次设计采纳的是 CX20216A芯片，此芯片具有信号放大、峰值检波、比较等功能。芯片 CX2
16、0216A电路构成了主要的接收电路，比较完信号后会产生一个低电平发送到单片机进行中断，中断以后，开头进行数据的处理。如图3-7 所示。图 3-7 接收电路3.6 超声波模块HR-SR04超声波模块包含了接收探头、发射探头、74LS04芯片放大电路和CX20216A芯片电路。超声波模块如图 3-8 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-8 超声波集成模块HR-SR04有四个连接口，分别为 VCC、GND、TRIG、ECHO四个接口。 VCC：供应 5V的电源GND：的线 TRIG：信号的输入端口ECHO：信号的输出端口工作原理：此模块能够发出 8 个 40 kHz 的方波
17、脉冲，并且可以自动检测有没有信号的返回。3.7 显示电路本次设计的显示电路由四位七段数码管、三极管和三个电阻组成。数码管由三级管来驱动，限流电阻 R11、R12和 R13是爱护整个显示电路，如图 3-9 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3-9显示电路LED是发光二极管的简称，八只发光二极管构成了数码管，国际上记作：a、b、c、d、e、f 、g、dp。dp 为小数点。数码管要能够正常的显示就必需要有驱动电路来驱动，本次设计采纳了动态的方 式。动态驱动的优点有：节约了大量的I/O 口，并且消耗低，所以本次设计采纳动态的驱动方式，四位数码管的接线方式为共阳极的接法。3.8 电源
18、电路电路由一个 5V电源、一个发光二极管和限流电阻组成。发光二极管采纳的是红色，作为电源指示灯，电路如图3-10 所示。图 3-10电源电路关于发光二极管限流电阻 R2的运算：能加到发光二极管两边的电压为5V，使用时要串联一个限流电阻用以爱护发光二极管。电阻 R2 的运算为：R2式中的 E 为电源电压， UF为发光二极管的两端电压， IF 为发光二极管的两端电流。发光二极管依据用途不同，颜色也不同。红色发光二极管的工作电压是2V。发光二极管的电流大致为20mA，本次设计采纳的是红色发光二极管。采纳的电源电压为5V,电源电压减红色二极管的两端电压就是电阻R2的电压，再用 R2 两端的电压除以红色
19、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二极管两端电流就能运算出 R2。所以 R2=，可以看出来求出距离的关键是 N值，也就是定时器 T0 计数的次数。当接收探头接收到回波信号时，电路会产生一个低电平送至单片机的 P3.1 端口，这时，定时器停止工作，并且提取定时器计数的次数N, 运算出距离。本次设计采纳的扫描方式为简洁有用的动态扫描，用四位共阳极的连接方式连接数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结码管显示距离。单片机的 P2 口和数码管进行段的动态扫描，由于距离的显示是在变化不固定的，所以数码管的显示过程是在外部中断后进行的。4.4 报警电路的设计主程序依据运算公式算出与
20、被测物体的距离，通过数码管显示，并且调用报警子程序掌握蜂鸣器进行报警。4.5 按键电路的设计当按下 k1 键位，进入设置模式，默认的报警距离在数码管上进行显示，每按k2 一次显示距离增加十厘M，每按下 k3 一次显示距离削减十厘M，设置好新的报警距离后再次按下 k1 键位时，单片机自动运算显示距离是否小于新设置的报警距离，假如小于蜂鸣器开头报警。按键电路程序流程如图4-3 所示。按下菜单键重新设置报警距离距离削减距离增加再次按下菜单键设置完成运算距离显示距离是否报警图 4-3按键电路程序流程图 第5章 硬件的组装及调试本次超声波测距的设计以 HR-SR04超声波模块为主体，中心频率为40 kH
21、。硬件的连接及焊接如下：单片机的 P2 口P20P27）对应焊接到数码管的a、b、c、d、e、 f 、g、dp，进行段动态扫描。 P1 口 ： 22-29.2 姚永平 .STC89C51RC/RD+系列单片机指南 DB/OL.www.MCU-M, 2005-6-25.3 王安敏 , 张凯 . 基于 AT89C52 单片机的超声波测距系统J 外表技术与传感器 200606 ： 44- 494 戴 曰 章 , 吴 志 勇 . 基 于 AT89C51 单 片 机 的 超 声 波 测 距 系 统 设 计 J 计 量 与 测 试 技术 200502 ： 17-185 吴 超 , 戴 亚 文 . 基 于
22、AT89S52 单 片 机 的 超 声 波 测 距 系 统 的 设 计 J 中 原 工 学 院 学报.202110 ： 65-686 张春光 . 基于单片机的超声波测距系统的设计J 可编程掌握器与工厂自动化202109 ： 16-197 苏炜 , 龚壁建 , 潘笑超声波测距误差分析J 传感器技术 200406 ：8-118 李光飞 , 楼然苗 , 胡加文单片机课程设计实例指导M 北京：航空航天高校出版社2004： 86-919 李建法 . 超声波测距的电路设计与单片机编程J.安阳师范学院学报.200305 ：47-4810 Sv.NoykovCh.Roumenin Calibrationand
23、interfaceofapolaroidultrasonic sensor for mobile robotsJ Sensors and Actuators 2007， 13501 ：55-5811 rtoriS ： ZHANG GX.GeometricErrorMeasurementandCompensationof Machines.Annals of the CIRP. 1995:599-609 12oltonW.Instrumentation&processmeasurement.LongmanScientificTechnical. 199113 张芬：基于 C8051F320单片机
24、的超声波测距仪, 中国的质高校 武汉 机械与电子信息学院，外表技术与传感器， 2021 ： 35-48 15Fox, J.D., Khuri-Yakub, B.T. and Kino, G.S., High Frequency Acoustic Wave Measurement in Air, in Proceedings of IEEE 1983 Ultrasonic Symposium, October 31-2 November, 1983, Atlanta, GA, pp. 581-4.16 Martin Abreu, J.M., Ceres, R. and Freire, T., U
25、ltrasonic Ranging: Envelope Analysis Gives Improved Accuracy, Sensor Review, Vol. 12 No. 1, 1992, pp. 17-21.17 Martin,J.M.,Ceres,R.,Calderon,LandFreire,T.,UltrasonicRangingGets Thermal Correction, Sensor Review, Vol. 9 No. 3, 198可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结附录总程序：#include / 头文件#include /延时 _crol_函数 的文件#d
26、efine uint unsigned int #define uchar unsigned charuint Slong=30。/报警距离值假如需要修改报警距离，就改此处数值就可。void delayuint。 / 声明延时子函数intm。/ 定义变量 muchar a=0 。/ 定义变量 a。 初始值为 0。 unsignedinttime=0 。unsignedinttimer=0。unsignedcharposit=0。unsignedlongS=0。unsignedcharconstdiscode=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x8
27、0,0x90,0xBF,0xff阳数码管段选/*-*/ 。 / 共可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结unsignedcharconstpositon3= 0xfd,0xfb,0xf7。/ 数码管位选unsignedchardisbuff3=0,0,0,。sbit RX=P30。/就是超声波 Echo口线sbit TX=P31bit flag =0。/就是超声波 Trig 口线sbit speak=P36。/ 蜂咛器报警的口线定义sbit shezhideng=P35。/ 设置指示灯的 口线定义sbit k1=P32。/按键的口线定义sbit k2=P33。sbit k3=P34。
28、void Display/ 扫描数码管以下为扫描数码管的相应程序。 会进行多次赋值。if posit=0P2=discodedisbuffposit&0xff。 elseP2=discodedisbuffposit。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P1=positonposit。if +posit=3 posit=0。void delayuint xms/ 延时函数uint i,j。for i=xms 。i0 。i-。for j=110 。j0 。j-。void m_main/ 程序始终在 m_main 函数面循环。if .k1/ 按下K1键功能：每按下 K1键， a就加 1.
29、使程序在下面的相应程序里跑。delay7。/ 延时去抖可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结if .k1a+。/ 变量a加1while .k1 。 / 等待按键弹起/*当a=0时*/if a=0/当a=0时，系统为正常进行，会自动运算距离，会检测是否报警。while .RX 。TR0=1/ 当RX为零时等待。/ 开启计数while RX。TR0=0/ 当RX为1计数并等待。/ 关闭计数m=S。/ 将运算出的值 赋给 变量m 。 m值会在数码管上显示。warn。/ 报警函数Conut。/ 运算shezhideng=1。/ 关闭设置指示灯可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结/*当a=1时*/if a=1/ 当a等于1时m=Slong。/ 将Slong的值 赋给m，使数码管显示报警值