超聲波測高儀設計實訓報告名 號（系）專業、年級 2014年1月10日摘要超聲波指向性強,能量消耗緩慢,在介質中傳播的距離較遠,因此超聲波經常用于障礙物的距離測量。由于超聲波可做到無接觸檢測距離,這一特性用在人體或其它物體高度的測量上會變得非常方便。測高前先利用超聲波測出發射頭與地面的高度H1并存入單片機,然后將被測物移入測量區內測得上表面距離H2,用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。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、中斷程序、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。一、超聲波測高原理超聲波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S=Ct/2,式中的C為超聲波波速。利用超聲波測高前先用超聲波測出發射頭與地面的高度H1并存入單片機,然后將被測物體移入測量區內測得上表面距離H2，用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。!LrtFta聲波接發頭?■■■■>■■■?*Ill!LrtFta聲波接發頭?■■■■>■■■?*IllH2被測物體被測物體髙=HI寸12超聲波測高實現原理二、系統硬件設計1?系統結構設計整體電路的控制核心為單片機AT89C51。超聲波發射和接收電路中都對相應信號進行整形及放大，以保證測量結果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實現超聲波的發射和接收。另外還有溫度測量電路測量當時的空氣溫度，等到把數據送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調整，使測量精度能夠達到要求。整體結構圖包括超聲波發射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較震蕩電路、單片機電路、鍵盤輸入電路、電源電路、復位電路、顯示電路、溫度測量電路及溫度補償電路等幾部分模塊組成。超聲波測距系統結構圖如下圖所示：

R40超聲波傳感器T40超聲波傳感器超聲波

接收電路鍵盤

輸入R40超聲波傳感器T40超聲波傳感器超聲波

接收電路鍵盤

輸入超聲波測距系統結構圖2?硬件電路圖12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AT89S52，經濟易用。電路原理圖如下圖所示:CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-詢567C1130pF1_4鍵S1I—H6-8 12CCS3R6L?2N930R7UCM40RriMR10 — -C6VrklC7-詢567C1130pF1_4鍵S1I—H6-8 12旦nr

匕3119189云16P10/TPO0P11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1INTOT1TOP20P21P22P23AT89C5EA/VP P26P27XIX2C8C9 C12 -130pF■—R13=l—上―I—fC1310“F+5VRESET RXD_ TXDRDWRALE/PSEN29三、具體實現操作1.實現步驟：（1）40kHz脈沖的產生與超聲波發射測距系統中的超聲波傳感器采用UCM40的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz的脈沖信號，這由單片機執行下面單片機P1.0端口，單片機執行上面的程序后，在P1.0端口輸出一個40kHz的脈沖信號，經過三極管T放大，驅動超聲波發射頭uCM40T，發出40kHz的脈沖超聲波，且持續發射200ms。（2）超聲波的接收與處理接收頭采用與發射頭配對的UCM40R，將超聲波調制脈沖變為交變電壓信號，經運算放大器IC1A和IC1B兩極放大后加至IC2°IC2是帶有鎖定環的音頻譯碼集成塊LM567，內部的壓控振蕩器的中心頻率f0=l/l.lR8C3，電容C9決定其鎖定帶寬。調節Rpl在發射的載頻上，則LM567輸入信號大于25mV，輸出端8腳由高電平躍變為低電平，身高數據通過8腳送至單片機進行數據處理。電路的輸出端接單片機INT0端口，中斷優先級最高。

（3）計算超聲波傳播時間在啟動發射電路的同時啟動單片機內部的定時器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，利用超聲波測高前先用超聲波測出發射頭與地面的高度H1并存入單片機，然后將被測物體移入測量區內測得上表面距離H2,用單片機算出兩者之差就是被測物體的實際高度。2.超聲波測高流程圖：2.超聲波測高流程圖：I三1=1主程序）返回定時子程序）

、主程序ORG0300H0LIMPSHGPOPACCORG0200HPOPPSWLIMPDSHRETIORG0100H中斷子程序RECEIVE0：PUSHLJMPRECEIVE1PSWORG0003HPUSHACCLJMPRECEIVE0CLREX0；關外SHG：SETBP1.3部中斷0ACALLDSHMOVR7,TH0；讀取ACALLRECEIVE1時間值ACALLDISPLAYMOVR6,TL0；接收子程序CLRCRECEIVE1■?MOVA,R6PUSHPSWSUBBA,#0BBH；計算時間差PUSHACCMOV70H,ACLREX0；關MOVA,R7外部中斷0SUBBA,#3CHRETURN：SETBEX0；開MOV69H,A；計算外部中斷并存儲結果SETBEX0；開外部中斷0POPACCPOPPSWRETIENDSIDBITP1.0；串行數據線SCLKBITP1.1；串行時鐘線；內存數據定義STARTEQU80H；起始字節COMEQU81H；命令/數據HDATAEQU82H；命令/數據字節高位LDATAEQU83H；命令/數據字節低位ASCEQU84H；ASCII數據單元初始化子程序：INILCM：LCALLDL40MS；延時等待內部復位MOVCOM，#80H；使用8位控制界面LCALLWRITEMOVCOM，#80H；使用基本指令集LCALLWRITEMOVCOM，#0CHLCALLWRITE；整體顯示ONMOVDL1MSMOVCOM，#01H；清屏LCALLWRITELCALLDL40MSMOVCOM，#06H；顯示右移LCALLWRITELCALLDL1MSRET模塊寫入子程序：WRITE：MOVA,COM；送待發數據命令AMOVA，#0F0H；屏蔽低4位MOVHDATA，A；將高4位送HDATA單元MOVA，COM；取低4位SWAPA；高低4位互換MOVA，#0F0HLCALLSENDBYTEMOVLDATA，A；將低4位送LDATA單元MOVA，START；取起始字節LCALLSENDBYTE；發送LCALLDL1MS;延時1msMOVA，HD