基于单片机的测距系统设计.docVIP

第1章 课题及功能分析 本系统是基于单片机的测距系统设计。在本系统的设计当中，主要是应用单片机AT89C52控制超声波发射与接收，运用压电式超声波技术来实现基本测距的功能。 1.1 题目来源 本次毕业设计的题目是基于单片机的测距系统设计。?在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。测距电路在人们的日常生活及工作中都有广泛的应用，可谓是源于生活，贴近生活，是和生活密不可分的。而在本测距系统的设计中主要应用超声波技术来实现测距的功能，我们知道，超声波是指频率大于20kHz的在弹性介质中产生的机械振荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。 超声波测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。 由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，所以将此技术应用到生活中可以节省很多人力、物力等资源，而且利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，在测量精度方面能达到日常使用的要求，大大提高了产品的性能及质量。此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。 1.2 主要任务 本次毕业设计的任务比较明确，主要是测量超声波到反射物的距离，此设计中最关键的是计算从超声波发出到途中遇到障碍物反射回来的往返时间，然后利用有关参数根据距离计算公式算出所测距离，要求测距的范围是0.5到10米，所测到距离要能够实时显示，如果距离小于0.5米，将采用声光报警来提示用户。 1.3 功能分析 本次毕业设计的基于单片机的测距系统设计主要是应用超声波技术，以单片机系统为设计核心的控制系统，该系统要实现以下功能： 1．测距范围为0.5到10米； 2．数码管实时显示所测到的距离； 3．距离小于0.5米发生声光报警。 第2章 方案论证 2.1 系统设计要求 本设计要求设计一测距系统，测距的范围是0.5到10米，所测到距离要能够实时显示，如果距离小于0. 5米，将采用声光报警来提示用户。在设计当中以单片机为核心器件，形成相应的测距电路，信号处理电路及报警电路，自行编制单片机控制程序，并进行硬件调试、软件调试，最后进行软硬件联调，达到性能要求。 系统性能要求如下： 1．收发传感器均选用超声波传感器； 2．距离要求显示； 3．探测距离0.5m—10m； 4．工作温度-20—45℃。 2.2 系统方案论证 超声波测距原理是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S＝CT／2，式中的C为超声波波速。 限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射或接收的设计方法。 2.2.1方案1 本系统主要是基于单片机的测距系统，在系统的设计当中要以单片机为核心器件，分为超声波发射电路和超声波检测接收电路、显示及报警四部分。超声波测距电路的设计框图如图2.1所示： 74LS04反相器 74LS04反相器 CX20106A集成电路 超声波发射器 超声波接收器 MCS-52 单 片 机 显 示 报 警 图2.1 超声波测距电路的设计框图 本方案采用单片机作为控制系统，用单片机产生8个40kHz的超声波，脉冲持续时间为0.2ms左右，时隔59.8ms反复进行。此脉冲信号作为计时的起始脉冲，由单片机输出的端口的高频脉冲经过74LS04六反相器功率放大、升压后与超声波探头产生共振，使超声波探头工作，则超声波由超声波发射头发射出去。接收电路由超声波接收器、CX20106A集成电路组成。使用CX20106A集成电路对接收探头收到的信号进行放大、滤波。当CX20106A接收到反射40kHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入，停止计数器T0计数，并读取T0计数值