超聲波雷達系統(tǒng)畢業(yè)設計論文

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

2、較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到實用的要求，因此在日常生活中得到了廣泛的應用。 </p><p>　　關鍵詞 單片機  超聲波   傳感器   測量距離 </p><p><b>　　設計思路</b></p><p>　　超聲波是指頻率高

3、于20KHz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，必須產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的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉換成電信號。</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間，根據發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。 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間差(T為發(fā)射到接收時間數值的一半)。</p><p>　　本設計通過從單片機TX腳（P3.3）輸出40KH的方波信號，即

5、從該引腳連續(xù)發(fā)出高低電平，產生方波，方波的個數一般為10個左右，發(fā)出后啟動定時器，開始計時，此時，超聲波發(fā)射頭（T端）開始發(fā)出超聲波，當發(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，單片機的RX引腳（P3.2）會產生一個從高電平到低電平的跳變，從而引起中斷。此時，停止計時，保存計時的時間。在本設計中我們根據以下公式：</p><p>　　測量距離= (時間*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算法和C語言子程序的調用與整合，使測量距離顯示在事先設計好的數碼管顯示電路上。本設計的精度為0.1cm。</p><p>　　本設計用Stc8989c52單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現數碼管數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成，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 單片機來實現對</p><p>　　CX20106

8、A紅外接收芯片和CD4609系列超聲波轉換模塊的控制。</p><p>　　單片機通過P3.3引腳經反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機不</p><p>　　停的檢測INT0引腳，當INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就</p><p>　　認為超聲波已經返回。計數器所計的數據就是超聲波所經歷的時間，</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>　　本設計利用的是壓電超聲波轉換器，其原理是：利用壓電晶體諧振工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一超聲波發(fā)生器;如沒加電壓，當共振板接受到超聲波時，將壓迫壓電振蕩器作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接受轉換器。</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個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us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（INT0引腳出現低

12、電平)，立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關閉計時器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>　　以下是本設計的程序部分：</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

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; //測量成功標志</p><p>　　void conversion(uint temp_data) //顯示數據轉換程序</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; //取余運算</p><p>　

17、　shi_data=temp_data/10 ;</p><p>　　temp_data=temp_data%10; //取余運算</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延時函數</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基準延時程序 </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基準延時程序</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>　　//產生1KHZ頻率聲音的函數</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; //定時器0，定時器1，16位工作方式</p><p>　　TR0=1; //啟動定時器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; //打開定時器0中斷</p><p>　　EX0=0; //關閉外部中斷</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、//產生一個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; //清測量成功標志</p><p>　　EX0=1; //打開外部中斷</p><p>　　TH1=0; //定時器1清零</

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

31、/等待測量的結果，周期65.535毫秒（可用中斷實現） </p><p>　　TR1=0; //關閉定時器1</p><p>　　EX0=0; //關閉外部中斷</p><p>　　if(succeed_flag==1)</p><p><b>　　{ </b></p>

32、<p>　　distance_data=outcomeH; //測量結果的高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位結果數據</

33、p><p>　　distance_data*=12; //因為定時器默認為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; //將測量結果的數據放入緩沖區(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</p><p><b&

41、gt;　　{ </b></p><p>　　outcomeH =TH1; //取出定時器的值</p><p>　　outcomeL =TL1; //取出定時器的值</p><p>　　succeed_flag=1; //至成功測量的標志</p><p>　　EX0=0; //關閉外部中斷

42、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//定時器0中斷,用做顯示</p><p>　　timer0() interrupt 1 // 定時器0中斷是1號</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xfd; //寫入定時器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>　　本設計當測出的距離小于20cm時，單片機通過調用一個1000HZ的音頻子程序發(fā)出周期性的聲音警報，同時伴隨LED警示燈周期性的閃

45、爍，從而起到報警作用。</p><p><b>　　三．小結</b></p><p>　　利用本系統(tǒng)對0cm～60cm范圍進行了多次測試，經補償后最大誤差達1cm，線性度、穩(wěn)定性和重復性都比較好。系統(tǒng)具有結構簡單、體積小、實時數碼管顯示和報警、抗干擾性能好等優(yōu)點。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、導致所反射回來的波也許是從不同點獲得，此外電子元器件自身的時延、干擾等也造成一定影響。本設計電路相對簡單，編程方便且成本較低，隨著設計電路的進一步完善與改進，它一定會具有廣泛的商業(yè)前景與實際應用價值。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　張洪潤，《傳感器應用設計300例（上冊）》，北京航空航天大學出版社，出版日期2008-10-01&l