1、 PAGE25 / NUMPAGES29工業高等專科學校畢業設計（論文） 題 目： 基于單片機控制的汽車倒車雷達實時超聲波測距系統設計系 別：電子信息工程系 專 業：應 用 電子技術 班 級：應 電 0 9 班 姓 名： 龍 學 號：5 指導教師（職稱）：吳紀群（教授）日 期： 2012 年 2月 20日摘 要 隨著社會經濟的發展交通運輸業日益興旺，汽車的數量大幅攀升。交通擁擠狀況也日益嚴重，撞車事件屢屢發生，造成了不可避免的人生傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞預警系統勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計

2、的一種倒車防撞報警系統。控制系統核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。本設計采用以AT89C51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。整個電路采用模塊化設計，由主程序、預置子程序、發射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號經單片機綜合分析處理，實現超聲波測距儀的各種功能。在此基礎上設計了系統的總體方案，最后通過硬件和軟件實現了各個功能模塊。相關部分附有硬件電路圖、程序流程圖。設計通過多種發射接收電路設計方案比較，得出了最佳設計方案，并對系統各個單元的原理進行了介紹。對組成系統電路的芯片進行了介紹，

3、并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統系統的軟件結構，通過編程來實現系統功能。最后，通過對系統的誤差分析，給出了較完善的方案。關鍵詞：AT89C51;超聲波；測距 AbstractWith the development of science and technology, the improvement of peoples standard of living, speeding up the development and construction of the city. urban drainage system have greatly developed their situat

4、ion is constantly improving. However, due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage system. In particular drainage system often lags behind urban construction. Therefore, there are often good building excavation has been building facilities to u

5、pgrade the drainage system phenomenon. It brought to the city sewage, and it is clear to the city sewage and drainage culvert in the sewage treatment system. comfort is very important to peoples lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage

6、culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core component of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. At the core of the design using AT89C51low-cost,

7、 high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods. Modular design of the whole circuit from the main program, pre subroutine fired subroutine receive subroutine. display subroutine modules form. SCM comprehensive analysis of the probe signal pro

8、cessing, and the ultrasonic range finder function. On the basis of the overall system design, hardware and software by the end of each module.The research has led to the discovery thatthesoftwareandhardwaredesigningisjustified, theanti-disturbance competence is powerful and the real-time capability

9、is satisfactoryand byextension and upgrade, this system can resolve the problem of the car availably, building construction the position of the workplace and some industries spot supervision.Key words:AT89C31; Silent Wave；Measure Distance目 錄摘 要IAbstractII緒 論1I.1 課題設計的目的與其意義1I.2 超聲波測距系統的設計思路1I.3 課題設計

10、的任務和要求31 課題的方案設計與論證4 1.1 系統整體方案的設計4 1.2 系統整體方案的論證42 系統的硬件結構設計42.1 單片機的功能特點與測距原理5 2.2 超聲波發射電路的設計6 2.3 超聲波接收電路的設計7 2.4 超聲波測距系統的硬件電路設計83 系統軟件的設計9 3.1 超聲波測距儀的算法設計9 3.2 主程序流程圖10 3.3 超聲波發生子程序與超聲波接受中斷程序113.4 系統的軟硬件的調試12總 結13致 14參考文獻15附 錄 一 超聲波測距電路原理圖16附 錄 二 超聲波測距電路版圖附 錄 三 程序清單17緒論.1課題設計的目的與意義.1.1設計的目的隨著科學技

11、術的快速發展，超聲波將在測距儀中的應用越來越廣。但就目前技術水平來說，人們可以利用的測距技術還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發展而又有無限前景的技術與產業領域。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具，在各方面都將有很大的發展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發展，以滿足日益發展的社會需要，如倒車雷達，工地與工業現場，聲納探測等方面都有其廣泛的應用，經濟，軍事，文化方面都有重要的應用價值。毋庸置疑，未來的超聲波測距儀將于自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。隨著測距儀的技術進步，測距儀從具有單純判斷動能，發展到具有學習功能，最終發展到具有創造力。在新的世紀

12、里，面貌一新的測距儀將發揮更大的作用。.1.2設計的意義隨著社會飛速發展，人們生活水平的不斷提高，汽車愈來愈成為人們不可缺少的最常用的交通工具，交通安全問題變的日益嚴重。而通過研究汽車倒車雷達系統，可以達到很高的采集速率和精度。汽車倒車時可以檢測車輛后面的障礙物、并顯示其距離，至危險區域后會自動報警。本設計綜合了電子技術、計算機技術、數據處理技術等知識，設計利用單片機控制的汽車倒車雷達超聲波測距系統，實現汽車倒車的安全保障，這就是我設計的意義。.2超聲波測距系統的設計思路.2.1超聲波測距原理超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF(time of filght)。它通過不斷檢測超聲波發射后遇

13、到障礙物所發射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差T，然后求出距離S。一般采用渡越時間發：即S=CT/2，其中S為測量點與被測物體之間的距離，C為聲波在介質（此處指空氣）中的傳播速度，T為超聲波發射到返回的時間間隔。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與空氣溫度有關，一般來說，溫度每升高1攝氏度，聲速增加0.6米/秒。下表列出了幾種溫度下的聲速關系：超聲波波速與溫度的關系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（m/s）313319325323338344349386在進行計算時，如果溫度變化不大，則可認為聲速C是基本不變的，計算時取C為340M/S。如果測距精度要求很高，則可通過改

14、變硬件電路增加溫度補償的方法或者在硬件電路基本不變的情況下，通過軟件改進算法的方法來加以校正。如果環境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補償問題。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。.2.2超聲波測距原理框圖超聲波發射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環檢波電路定時器單片機控制顯示器 圖1-1 超聲波測距儀原理框圖單片機發出40kHZ的信號，經放大后通過超聲波發射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經放大器放大，用鎖相環電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行判別、計算，得出距離數并送LED顯示。.3設計的任務和要求.3.1.設計任務利用8051單片機、

15、超聲波發射電路、超聲波接收電路、環境溫度采集電路等電路組成實時超聲波測距系統，實現汽車倒車距離顯示與控制。.3.2設計技術要求(1)距離測量圍5150cm(2)測量誤差5%(3)倒車距離20cm時自動報警.3.3.設計容(1)系統硬件電路設計（包括：超聲波發射、超聲波接收、顯示部分）。(2)軟件程序流程設計。.3.4設計成果(1)1.52萬字設計說明書1份(2)主程序清單和子程序流程(3)元器件選擇與計算1 課題的方案設計與論證1.1系統整體方案是設計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。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，超聲

16、波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。本設計屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現。利用超聲波測距原理，測量汽車倒車時的安全距離，當車輛與后方車輛的距離小于安全距離時，發出聲光報警，并顯示車輛與后方車輛的距離，提醒駕駛員與時采取減速、制動等措施，從而達到避免車輛與后方車輛的碰撞等事故。整個系統由超聲波發射、超聲波接收、51單片機控制系統、距離顯示等設備組成。1.2 系統整體方案的論證超聲波測距的原理是利用超聲波的發射和接受，根據超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發射，另一端接收的直接波方

17、式；一種是發射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。本設計采用反射波方式。測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應的傳感器，常用的材料是壓電瓷。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當的衰減，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應用低頻率的傳感器。2 系統的硬件結構設計硬件電路的設計主要包括單片機系統與顯示電路、超聲波發射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89C51單片機。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kH

18、z的方波信號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數碼管，段碼用74LS244驅動，位碼用PNP三極管8550驅動。2.1 51系列單片機的功能特點與測距原理2.1.1 51系列單片機的功能特點 51系列單片機中典型芯片(AT89C31)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個16b的定時計數器TO和T1，4個8 b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(EPROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省

19、電與特殊信息保存的儀器和系統中更為有用。5l系列單片機提供以下功能：4 kB存儲器；256 BRAM；32條工O線；2個16b定時計數器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以與時鐘電路。空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時計數器、串行口和中斷系統繼續工作。掉電方式：保存RAM的容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統該系列單片機引腳與封裝如圖2-1所示。5l系列單片機提供以下功能：4 kB存儲器；256 BRAM；32條工O線；2個16b定

20、時計數器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以與時鐘電路。空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時計數器、串行口和中斷系統繼續工作。掉電方式：保存RAM的容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統。2.1.2 單片機實現測距原理單片機發出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差t，然后求出距離SCt2，(C為超聲波波速)。限制該系統的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲

21、波之間的夾角與接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。由于超聲波屬于聲波圍，其波速C與溫度有關。2.2 超聲波發射電路的設計超聲波發射電路原理圖如圖2-2所示。發射電路主要由反相器74LS04和超聲波發射換能器T構成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增

22、加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器部有兩個壓電晶片和一個換能板。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，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。圖2-2 超聲波發射電路原理圖 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的

23、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，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。2.3超聲波接收電路的設計集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，因為當CX20106A接受到40KHZ的信號時，會在第7腳產生一個低電平下降脈沖

24、，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入，可以利用它制作超聲波接收電路(如圖2-3)。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖2-3 超聲波接收電路CX20106A的引腳注釋：l腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。2腳：該腳與GND之間連接RC串聯網絡，它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中

25、不必改動，推薦選用參數為R=4.7，C=3.3F。3腳：該腳與GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數為3.3F。4腳：接地端。5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時，fn42kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz。6腳： 該腳與GND之間接入一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電

26、阻到電源端，該電阻推薦阻值為22k，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。8腳： 電源正極，4.5V5V。2.4 74ls16474ls164是8 位串入，并出移位寄存器，74HC164、74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位邊沿觸發式移位寄存器，串行輸入數據，然后并行輸出。數據通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數據輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時鐘 (CP) 每次

27、由低變高時，數據右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個數據輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。 主復位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。圖3-4 74ls164引腳圖3.5 24C02串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存儲器件，遵循二線制協議，由于其具有接口方便，體積小，數據掉電不丟失等特點，在儀器儀表與工業自動化控制中得到大量的應用。隨著世界上各公司對該器件的開發，市場上推出了許多牌號的24C02器件，甚至還有一些冒牌的24C02器件，這樣就使批量生產的單片機控制系統的質量

28、出現時好時壞的問題。筆者經過大量的設計實踐和試驗摸索找出了24C02在應用中之所以出現數據被沖掉的原因，并總結了一套保護24C02數據安全的軟硬件設計方法。24C02與單片機的接口非常簡單，如下圖所示。圖3-5 24C02引腳圖3.6 LM358LM358里面包括有兩個高增益、獨立的、部頻率補償的雙運算放大器，適用于電壓圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應用圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。圖3-6 LM358引腳圖與引腳功能LM358封裝有塑封8引線雙列直插式和貼片式兩種。LM358的特點: . 部頻率補償. 低輸入偏流. 低輸入失調電

29、壓和失調電流. 共模輸入電壓圍寬，包括接地. 差模輸入電壓圍寬，等于電源電壓圍. 直流電壓增益高(約100dB) . 單位增益頻帶寬(約1MHz) . 電源電壓圍寬：單電源(330V)；. 雙電源(1.5 一15V). 低功耗電流，適合于電池供電. 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V) 3.7 LM567LM567 為通用鎖相環電路音調譯碼器，LM567的部電路與詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567的腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬的信號時，腳由高電平變成低電平，腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調制信號調制的調頻方波

30、信號。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。功能介紹：、腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環路單級低通濾波網絡。腳所接電容決定鎖相環路的捕捉帶寬：電容值越大，環路帶寬越窄。腳所接電容的容量應至少是腳電容的2倍。 腳是輸入端，要求輸入信號25mV。 、腳外接的電阻和電容決定了部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC。 腳是邏輯輸出端，其部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。 LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態工作電流約8mA。圖3-

31、7 LM567的典型應用2.4 超聲波測距系統的硬件電路設計本系統的特點是利用單片機控制超聲波的發射和對超聲波自發射至接收往返時間的計時，單片機選用AT89C51，經濟易用，且片有4K的ROM，便于編程。電路原理圖另附。3 系統軟件的設計超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收中斷程序與顯示子程序組成。C語言程序有利于實現較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，在超聲波測距儀的程序設計中,計算距離時較為復雜，程序運行時間的計算又較為精細，控制程序的編程只使用一種語言編寫并不理想,所以該程序采用C語言和匯編語言混合編程。3.1 超聲波測距儀

32、的算法設計超聲波測距的原理為超聲波發生器T在某一時刻發出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。距離的計算公式為：d=s/2=(ct)/2其中，d為被測物與測距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間。在啟動發射電路的同時啟動單片機部的定時器T0，利用定時器的計數功能記錄超聲波發射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在INT0或INT1端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執行外部中斷

33、服務子程序，讀取時間差，計算距離。3.2 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖3-1（a）（b）(c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發射和接收順序的控制。 定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結果的輸出等工作。主程序首先是對系統環境初始化，設置定時器T0工作模式為16位定時計數器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調用超聲波發生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發，需要延時約0.1 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，

34、才打開外中斷0接收返回的超聲波信號。由于采用的是12 MHz的晶 振，計數器每計一個數就是1s，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數器T0中的數（即超聲波來回所用的時間）按式（2）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設計時取20時的聲速為344 m/s則有：d=(ct)/2=172T0/10000cm(2)其中，T0為計數器T0的計算值。測出距離后結果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發超聲波脈沖重復測量過程。為了有利于程序結構化和容易計算出距離，主程序采用C語言編寫。 3.3超聲波發生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發生子程序的作用是通過P1.0端口發送2個左右

35、超聲波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12s左右，同時把計數器T0打開進行計時。超聲波發生子程序較簡單，但要求程序運行準確，所以采用匯編語言編程。 超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現低電平），立即進入中斷程序。進入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2以表示此次測距不成功。前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1端口，同

36、時單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優先級為先右后左。3.4 系統的軟硬件的調試超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單，其中超聲波發射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1（T發射）和TCT40-10S1（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距48cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據實際情況可

37、以修改超聲波發生子程序每次發送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。根據所設計的電路參數和程序，測距儀能測的圍為0.075.5m，測距儀最大誤差不超過1cm。系統調試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優化系統使其達到實際使用的測量要求。軟件的調試程序見附錄一總 結由于時間和其它客觀上的原因，此次設計沒有做出實物。但是對設計有一個很好的理論基礎。設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產生超聲波，實現超聲波的發送與接收，從而實現利用超聲波方法測量物體間的距離。以數字的形式顯示測量距離。超聲波測距的原理是利用超聲波的發射和接受，根據超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實

38、用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。此次設計采用反射波方式。超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括AT80C51單片機系統與顯示電路、超聲波發射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用AT89C51其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4位共陽LED數碼管，段碼用74LS244驅動，位碼用PNP三極管8550驅動。超

39、聲波發射電路主要由反相器74LS04和超聲波發射換能器T構成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。輸出端采兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器部有兩個壓電晶片和一個換能板。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

40、時，壓電晶片會發生共振，并帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是一個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干

41、擾能力。適當更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收中斷程序與顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現低電平），立即進入中斷程序。進入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

42、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2以表示此次測距不成功。前方測距電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優先級最高，左、右測距電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機INT1端口，同時單片機P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端，中斷源的識別由程序查詢來處理，中斷優先級為先右后左。超聲波測距的算法設計原理為超聲波發生器T在某一時刻發出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發生器與反射物體的距離。在啟動發射電路的同時啟動單片機

43、部的定時器T0，利用定時器的計數功能記錄超聲波發射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產生一個負跳變，在INT0或INT1端產生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。在元件與調制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調試應該不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調試應該會正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據測量圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。致 首先，我要感我的導師吳繼群老師在畢業設計中對我給予的悉心指導和嚴格

44、要求，同時也要感學校其他老師在我畢業設計種給我的幫助和支持。在我畢業論文設計期間，各位老師在無論是在生活還是專業知識上都給我提供了很大的幫助。在你們的幫助和關懷，我才得以順利的完成我的畢業設計，借此機會，向各位老師表示由衷的感。其次，我還要感畢業小組的各位成員。在畢業設計的短短幾月里，你們無私的向我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助，在此也衷心的你們。最后我要感我親愛的家人，是他們默默的支持我，鼓勵我，在我成長和求學的道路上為我指明前進的方向，在生活和學習上給予我無私的愛，是我有信心面對一切，走出大學的校園，踏上社會的征途。 在此，對于給予我幫助的人，我無法一一列舉，在此一并對你們表示真心的意

45、。參考文獻 1.單片機原理與其接口，胡漢才，清華大學，2004.2（第2版）2.基于DSP的多超聲測距數據采集處理系統。葉濤，紅軍，國勝，侯增廣，譚民，電子技術應用，2004；12:283.華.MCU-51系列單片機實用接口技術.：航空航天大學，1993. 64.光東.單片機微型計算機原理與接口技術(第二版).：華中理工大學，1999.45.長贊.紅外線與超聲波遙控.：人民郵電，1993.76.梁立編.程序設計基礎與C語言.：電子科技大學，1998附 錄附錄一超聲波測距電路原理圖附錄三程序清單#include #define k1 P3_4#define csbout P3_5 /超聲波發送#

46、define csbint P3_7 /超聲波接收#define csbc=0.034#define bg P3_3 unsigned char csbds,opto,digit,buffer3,xm1,xm2,xm0,key,jpjs;/顯示標識unsigned char convert10=0 x3F,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/09段碼unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1;bit cl; void csbcj();void delay(j); /延時函數void scanLED(); /顯示函數void timeToBuffer(); /顯示轉換函數void keyscan();void k1cl();void k2cl();void k3cl();v