【毕业论文】基于单片机控制的超声波测距报警系统设计.doc

. 《现代通信技术》专业课程设计 基于单片机控制的超声波测距报警系统设计 目录 1 绪论 1 1.1 设计的目的及其意义 1 1.2 设计任务及要求 1 2 总体方案 2 2.1 总体设计方案 2 2.2 超声波测距框图 3 3 系统硬件设计 4 3.1 硬件设计方案 4 3.1.1 超声波测距原理 4 3.1.2 硬件电路设计 4 3.2 各主要模块的硬件设计 4 3.2.1 超声波发射电路 6 3.2.2 超声波检测接收电路 7 3.2.3 显示电路设计 8 3.2.4 复位功能 8 4 软件方案 10 4.1 程序设计 10 4.2 程序流程说明 10 4.2.1 主程序 10 4.2.2 定时中断服务子程序 11 4.3 程序清单 11 5 调试过程 12 5.1 使用仪器设备 12 5.2 调试中的问题及解决方案 12 5.2.1 软件调试中的问题及解决方案 12 5.3 功能显示 13 6 课程设计收获 15 6.1 课程设计的心得体会 15 参考文献 16 附录 16 程序清单 16 1 绪论 1.1 设计的目的及其意义 利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播，由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。 超声波是由机械振动产生，可在不同介质中以不同的速度传播。而且超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测。并且超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点，超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法，因而采用仿真技能利用超声波测距【1】。 　　 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度【2】。 1.2 设计任务及要求 利用所学数字电子技术、信号处理、控制等技术，设计、制作并调试完成一个单片机最小化系统。在此基础上，将最小系统与综合实验开发平台上的超声波模块、显示模块进行正确的连接（如图1.1所示），使单片机可接收超声波模块输出的距离信号，并对其进行合理的处理后，在显示模块上实时显示超声波模块与障碍物的距离。 图1.1 系统连接示意图 具体要求： 实验开发平台上的数码管可实时现实障碍无语超声波的距离信息，单位为cm，精确到小数点后1位； 当测试距离小于10或大于50时报警，且以上两种情况的报警方式需有明显的区别； 系统应具备测距启动功能，或当系统报警后，可以复位系统，使其开始重新测距。 2 总体方案 2.1 总体设计方案 测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比。 2.2 超声波测距框图 单片机发出40kHZ的方波信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t；再通过软件编程进行判别、计算，得出所测距离数并经由LED数码管显示，其原理框图如图2.1。 图2.1 超声波测距仪原理框图 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t。由公式：测出的距离=常温下的声速340感应时间，算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表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【5】。 3 系统硬件设计 3.1 硬件设计方案 3.1.1 超声波测距原理 单片机在时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一个负跳变到单片机中端口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间，由此便可计算出距离。其时序图如图3.1所示。 图3.1 超声波时序图 3.1.2 硬件电路设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P.4端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电