超聲波雷達(dá)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　單片機(jī)控制的超聲波雷達(dá)系統(tǒng)</p><p>　　摘要  超聲波測距器，可以應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合。測量時(shí)與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比

2、較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測量精度方面能達(dá)到實(shí)用的要求，因此在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī)  超聲波   傳感器   測量距離 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　超聲波是指頻率高

3、于20KHz的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。</p><p>　　超聲波測距的原理

4、是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。 測距的公式表示為：L=C×T。式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過從單片機(jī)TX腳（P3.3）輸出40KH的方波信號(hào)，即

5、從該引腳連續(xù)發(fā)出高低電平，產(chǎn)生方波，方波的個(gè)數(shù)一般為10個(gè)左右，發(fā)出后啟動(dòng)定時(shí)器，開始計(jì)時(shí)，此時(shí)，超聲波發(fā)射頭（T端）開始發(fā)出超聲波，當(dāng)發(fā)出的超聲波被前方的障礙物返射回來，返射回來的超聲波被接收探頭（R）接收到，此時(shí)，單片機(jī)的RX引腳（P3.2）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從高電平到低電平的跳變，從而引起中斷。此時(shí)，停止計(jì)時(shí)，保存計(jì)時(shí)的時(shí)間。在本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)以下公式：</p><p>　　測量距離= (時(shí)間*聲速( 340M/S

6、 ) ) / 2  </p><p>　　可以算出測量距離。然后我們再通過一定的函數(shù)算法和C語言子程序的調(diào)用與整合，使測量距離顯示在事先設(shè)計(jì)好的數(shù)碼管顯示電路上。本設(shè)計(jì)的精度為0.1cm。</p><p>　　本設(shè)計(jì)用Stc8989c52單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成，超聲波測距器的系統(tǒng)框圖</p><p

7、><b>　　二、系統(tǒng)組成 </b></p><p>　　系統(tǒng)主要有軟件部分和硬件部分組成。</p><p>　　1.硬件部分介紹硬件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲</p><p>　　波檢測接收電路等三部分組成。采用 stc89c52 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對</p><p>　　CX20106

8、A紅外接收芯片和CD4609系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。</p><p>　　單片機(jī)通過P3.3引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不</p><p>　　停的檢測INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就</p><p>　　認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，</p><p>　　通過換算就可以得

9、到傳感器與障礙物之間的距離。</p><p>　　本設(shè)計(jì)利用的是壓電超聲波轉(zhuǎn)換器，其原理是：利用壓電晶體諧振工作。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一超聲波發(fā)生器;如沒加電壓，當(dāng)共振板接受到超聲波時(shí)，將壓迫壓電振蕩器作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接受轉(zhuǎn)換器。</p>

10、<p>　　硬件部分電路圖如下： </p><p><b>　　a.超聲波發(fā)射電路</b></p><p><b>　　b.單片機(jī)控制電路</b></p><p>　　c.超聲波接收電路圖</p><p><b>　　2.軟件部分介紹</b></p&g

11、t;<p>　　軟件部分主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中</p><p>　　斷程序及顯示子程序等部分組成。</p><p>　　超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P3.3端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低

12、電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)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0以表示此次測距不成功。</p><p><b>　　以下是程序流程圖</b></p><p>　　以下是本設(shè)計(jì)的程序部分：</p><p>　　#i

13、nclude <reg52.h> </p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define ulong unsigned long</p><p>　　sbit Tx = P3^3; //產(chǎn)

14、生脈沖引腳</p><p>　　sbit Rx = P3^2; //回波引腳</p><p>　　sbit fmq=P1^7;</p><p>　　uchar code SEG7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}；</p><p>　　uint distance[

15、4]; //測距接收緩沖區(qū)</p><p>　　uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; //自定義寄存器</p><p>　　bit succeed_flag; //測量成功標(biāo)志</p><p>　　void conversion(uint temp_data) //顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序</p

16、><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar ge_data,shi_data,bai_data ;</p><p>　　bai_data=temp_data/100 ;</p><p>　　temp_data=temp_data%100; //取余運(yùn)算</p><p>　

17、　shi_data=temp_data/10 ;</p><p>　　temp_data=temp_data%10; //取余運(yùn)算</p><p>　　ge_data=temp_data;</p><p>　　bai_data=SEG7[bai_data];</p><p>　　shi_data=SEG7[shi_data]&0x

18、7f;</p><p>　　ge_data =SEG7[ge_data];</p><p><b>　　EA=0;</b></p><p>　　bai = bai_data;</p><p>　　shi = shi_data;</p><p>　　ge = ge_data ; </p>

19、;<p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//20us延時(shí)函數(shù)</p><p>　　void delay_20us() </p><p>　　{ uchar bt ;</p><p>　　for

20、(bt=0;bt<38;bt++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//500us基準(zhǔn)延時(shí)程序 </p><p>　　void delay500us() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned ch

21、ar j;</p><p>　　for(j=0;j<57;j++) </p><p><b>　　{ ;} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　//1ms基準(zhǔn)延時(shí)程序</p><p>　　void delay1ms(unsigned

22、 int i)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char j;</p><p>　　while(i--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<115;j++) </p&g

23、t;<p><b>　　{ ;}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//產(chǎn)生1KHZ頻率聲音的函數(shù)</p><p>　　void beep()</p><p>&l

24、t;b>　　{</b></p><p><b>　　fmq=0;</b></p><p>　　delay1ms(500);</p><p><b>　　fmq=1;</b></p><p>　　delay1ms(500);</p><p><b>

25、;　　}</b></p><p><b>　　// 主程序</b></p><p>　　void main(void) </p><p>　　{ uint distance_data,a,b;</p><p>　　uchar CONT_1; </p><p><b>

26、　　i=0;</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p>　　Tx=0; //首先拉低脈沖輸入引腳</p><p>　　TMOD=0x11; //定時(shí)器0，定時(shí)器1，16位工作方式</p><p>　　TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0</p>

27、;<p>　　IT0=0; //由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷</p><p>　　ET0=1; //打開定時(shí)器0中斷</p><p>　　EX0=0; //關(guān)閉外部中斷</p><p>　　EA=1; //打開總中斷0</p><p>　　while(1)

28、 //程序循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EA=0;</b></p><p><b>　　Tx=1;</b></p><p>　　delay_20us();</p><p>　　Tx=0;

29、//產(chǎn)生一個(gè)20us的脈沖，在Tx引腳 </p><p>　　while(Rx==0); //等待Rx回波引腳變高電平</p><p>　　succeed_flag=0; //清測量成功標(biāo)志</p><p>　　EX0=1; //打開外部中斷</p><p>　　TH1=0; //定時(shí)器1清零</

30、p><p>　　TL1=0; //定時(shí)器1清零</p><p>　　TF1=0; //</p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　while(TH1 < 50);/

31、/等待測量的結(jié)果，周期65.535毫秒（可用中斷實(shí)現(xiàn)） </p><p>　　TR1=0; //關(guān)閉定時(shí)器1</p><p>　　EX0=0; //關(guān)閉外部中斷</p><p>　　if(succeed_flag==1)</p><p><b>　　{ </b></p>

32、<p>　　distance_data=outcomeH; //測量結(jié)果的高8位</p><p>　　distance_data<<=8; //放入16位的高8位</p><p>　　distance_data=distance_data|outcomeL;//與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù)</

33、p><p>　　distance_data*=12; //因?yàn)槎〞r(shí)器默認(rèn)為12分頻</p><p>　　distance_data/=58; //微秒的單位除以58等于厘米</p><p>　　} //為什么除以58等于厘米，

34、 Y米=（X秒*344）/2</p><p>　　// X秒=（ 2*Y米）/344 ==》X秒=0.0058*Y米 ==》厘米=微秒/58 </p><p>　　if(succeed_flag==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　distance_data=0;

35、 //沒有回波則清零</p><p><b>　　}</b></p><p>　　distance[i]=distance_data; //將測量結(jié)果的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)</p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==3)</b

36、></p><p><b>　　{</b></p><p>　　distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4; </p><p>　　a=distance_data;</p><p>　　if(b==a) CONT_1=0;<

37、;/p><p>　　if(b!=a) CONT_1++;</p><p>　　if(CONT_1>=3)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　CONT_1=0;</b></p><p><b>　　b=a;</b><

38、;/p><p>　　conversion(b);</p><p>　　if(b>0&&b<200)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　fmq=0;</b></p><p>　　delay1ms(100);</p&

39、gt;<p><b>　　fmq=1; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p><b>　　}

40、 </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//外部中斷0，用做判斷回波電平</p><p>　　INTO_() interrupt 0 // 外部中斷是0號(hào)</p><p><b&

41、gt;　　{ </b></p><p>　　outcomeH =TH1; //取出定時(shí)器的值</p><p>　　outcomeL =TL1; //取出定時(shí)器的值</p><p>　　succeed_flag=1; //至成功測量的標(biāo)志</p><p>　　EX0=0; //關(guān)閉外部中斷

42、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//定時(shí)器0中斷,用做顯示</p><p>　　timer0() interrupt 1 // 定時(shí)器0中斷是1號(hào)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xfd; //寫入定時(shí)器0

43、初始值</p><p>　　TL0=0x77; </p><p>　　switch(flag) </p><p>　　{case 0x00:P0=ge; P2=0x7f;flag++;break;</p><p>　　case 0x01:P0=shi;P2=0xbf;flag++;break;</p><p>

44、　　case 0x02:P0=bai;P2=0xdf;flag=0;break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}  </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)當(dāng)測出的距離小于20cm時(shí)，單片機(jī)通過調(diào)用一個(gè)1000HZ的音頻子程序發(fā)出周期性的聲音警報(bào)，同時(shí)伴隨LED警示燈周期性的閃

45、爍，從而起到報(bào)警作用。</p><p><b>　　三．小結(jié)</b></p><p>　　利用本系統(tǒng)對0cm～60cm范圍進(jìn)行了多次測試，經(jīng)補(bǔ)償后最大誤差達(dá)1cm，線性度、穩(wěn)定性和重復(fù)性都比較好。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、實(shí)時(shí)數(shù)碼管顯示和報(bào)警、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的誤差主要來自于發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波是呈喇叭狀擴(kuò)散傳播、被測物的表面不光滑且不一定垂直于兩探頭的軸線而

46、導(dǎo)致所反射回來的波也許是從不同點(diǎn)獲得，此外電子元器件自身的時(shí)延、干擾等也造成一定影響。本設(shè)計(jì)電路相對簡單，編程方便且成本較低，隨著設(shè)計(jì)電路的進(jìn)一步完善與改進(jìn)，它一定會(huì)具有廣泛的商業(yè)前景與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　張洪潤，《傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)300例（上冊）》，北京航空航天大學(xué)出版社，出版日期2008-10-01&l