基于超声波的障碍物检测系统的设计实现.ppt

基于超声波的障碍物检测系统的设计实现 哈尔滨工程大学 背景： 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；目前较为常用的是压电式超声波发生器；通常用于小距离检测、障碍物检测等。目前已经广泛应用于小距离测距、机器人检测、车辆倒车雷达以及家居安防系统等领域。 背景： 声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。? 背景： 假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5 m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，距离d可以由下列公式计算： d=33550(cm/s)*t(s) 因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。 目的： 1、了解单片机最小系统的设计 2、了解单片机串行通信模块的设计 3、熟悉超声波发射、接受的工作原理 4、熟悉集成芯片CX20106A、7404的工作原理 5、熟悉数码管显示原理。 任务及要求： 结合单片机最小系统、7404、 CX20106A等模块电路共同设计一个基于超声波的障碍物检测系统，能够检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯表示出来。 1、焊接并调试单片机最小系统板 2、焊接并调试7404、 CX20106A等功能电路 3、各电路联机调试，检测前方一米左右处是否有障碍，并用指示灯或扬声器指示 4、用数码管显示障碍物的精确距离，精度10%以内，最大距离2.0米 总体框图： 硬件部分： 主要由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组成。采用STC89C51来实现对CX20106A红外接收芯片和7404的控制。单片机通过引脚经7404来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。 单片机系统及显示电路 ： 单片机系统及显示电路 ： 单片机系统及显示电路 ： 超声波发射电路原理图 ： 压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部结构上图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。 超声波发射电路原理图 ： 超声波检测接收电路 电路采用集成电路CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。 超声波检测接收电路 信号送到CX20106的①脚，CX20106的总放大增益约为80dB，其⑦脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5~5V 范围内。总增益大小由②脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。但取值过大时将造成频率响应变差，C1为1uF。采用峰值检波方式检波电容C2为3.3uF。R2为带 通滤波器中心频率 f0的外部电阻。积分 电容C3取330pF。经 CX20106处理后的 脉冲信号由⑦脚输出。 系统程序设计 超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。 超声波测距器的算法设计 超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。 超声波测距器的算法设计 距离计算公式：d=s/2=(c*t)/2 d为被测物与测距器的距离 ，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间 主程序 主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信