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超声波测距仪
一、任务与要求
1、任务
设计并制作超声波测距仪
2、要求
使用数码管显示器显示测得的距离
距离测量范围为20~300cm
测距响应时间为1秒
二、方案设计及论证
超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,例如:液位、
井深、管道长度等场合。目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪,但是专用集成
电路的成本很高,并且没有显示,操作使用很不方便。此次设计的是一种以AT89C2051单
片机为核心的低成本、高精度、微型化的数字显示超声波测距仪。
超声波是一种频率超过20KHZ的机械波。压电传感器中的压电晶片受发射电脉冲激励
后产生振动。当超声波作用于晶片时,晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号。前
者用于超声波的发射,后者即为超声波的接收,而且每一种压电传感器有固定的工作频率。
超声波测距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。一般在空气中的超声波传播
速度为340m/s。
由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声
速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,
则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距
离。这就是超声波测距仪的机理。其系统框图如图1所示。
表1声速与温度关系表
温度(℃)-30-20-100102030100
声速(米/称)313319325323338344349386
三、系统硬件设
根据本课题的要求,我们涉假的超声波测距仪由以下部分组成:电源部分、信号产生部
分、信号发射部分、信号接收部分、单片机控制部分、LED显示部分。原理框图如图1。
LED显示部分
40KHZ振荡功率放大发射传感器
器
AT89C51
12MHZ电平输出信号放大接收传感器
晶
振
图1
1、电源部分
设计电源通过稳压电源输出7~9伏的直流电,在通过滤波稳压IC限流、稳压后输
出为所需的5伏电压,供各电路工作。
2、信号发射部分和信号接收部分
一般超声波传感器有压电式、磁致伸缩式、电磁式等,其中使用最多的是压电式的,
这里选用的压电传感器为T/R40-16P超声波传感器,其工作频率为40KHZ,包括一
个发射传感器(T)和一个接收传感器(R)。该器件性能:略。
3、单片机控制部分及显示部分
单片机软件主要是对40KHZ超声波信号发送控制,定时计算及数据显示等工作任
务。完成信号发送和接收、数据采样和中断处理,理论计算距离。
四、硬件单元电路
硬件单元电路我们设计采用了分立元件和集成电路的结合,为让设计更好地稳定工
作。
1、稳压电源部分
我们采用芯片L7805、滤波电容及散热片组成。产生的5伏工作电压电路,工作性
能可靠。集成块L7805的脚1接电压源输入,脚2接地,脚3输出+5伏,此电路
相对简单且工作稳定,较实用。
2、信号发生部分
40KHZ超声波信号由集成芯片NE555产生,我们设计的是一个占空比可调的方波
发生器。NE555内部的比较器灵敏度较高,输出驱动电流大,而且采用差分
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