超声波测距1.ppt

超声波测距器的设计 一、功能要求 超声波测距器可应用于汽车倒车。建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度、物体厚度等的测量。其测量范围为0.10~4.00m，测量精度为1cm。测量时与被测物体无直接接触，能够清晰、稳定地显示测量结果。 二、方案论证 由于超声波指向性强，能量消耗慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离设计比较方便，计算处理也比较简单，并且在测量精度方面也能达到使用的要求。 超声波发生器可以分为两大类：一类是使用电气方式产生超声波；另一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括电压型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。 根据设计要求并综合各方面因素，本例决定采用AT89C52单片机作为主控器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成。超声波测距器系统设计框图如下： 二、方案论证 超声波测距系统框图 三、系统硬件电路的设计 三、系统硬件电路的设计 1. 单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或其兼容系列。系统采用12MHZ高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，并减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。单片机系统及显示电路如图： 四、 系统程序的设计 1. 超声波测距器的算法设计 距离计算公式：d=s/2=(vt)/2 其中d是被测物与测距器的距离；s是超声波的来回路程，v是超声波在当前温度下的速度，t是发送和接收超声波所经历的时间。 四、 系统程序的设计 超声波测距器原理图 四、 系统程序的设计 2.主程序算法设计 主程序首先要对系统环境初始化，设置定时器工作模式为16位定时、计数器模式，置位总中断允许位EA并对显示端口P0和P2清0；然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲。为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延迟0.1ms后才打开外中断0，接收返回的超声波信号。 由于采用12MHZ晶振，计数器每记一个数就是1us，取20℃时的超声波传输速度v=344m/s,则d=(vt)/2=344t/2=(172T0/106)m=(172T0 /10000)cm 其中T0为中断T0的计数值。 测出距离后，结果以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5S，然后再发出超声波脉冲重复测量。 主程序流程图如下： 三、系统硬件电路的设计 三、系统硬件电路的设计 复位电路的原理：只有在RST端给它24个时钟周期，才能让它复位。当按下开关时，VCC接通，由于10K电阻的分压作用，RST端的电压为5V，而5V电压正好可以满足RST复位的24个时钟周期要求，于是RST复位。此电路同时也是自动上电复位的，当电容开始充电、放电时，RST端的电压便随之变化，电压由低到高，再由高到低，时间能够满足24个时钟周期，故而RST能够复位。 晶振电路的原理：晶振两端各接一个无极性电容，电容上电，然后再放电，这样便可以帮助晶振起振。另：12MHZ的晶振两端接30PF的电容，6MHZ的晶振两端接20PF的电容。 LED的工作原理：四位共阳LED的一边是段选端，一边是位选端。同名段选端各自相连，然后7位段选端口接到P0口，位选端接到P2口。通过位选可以控制每一个LED亮，通过段选端可以控制LED亮什么，其中段选端还要接上拉电阻，其作用是为了保证LED能够点亮。在位选端加一个高电压，段选端加一个低电压，那么再加上上拉电阻的作用，便可以保证LED的两端形成一个压差，这样LED就点亮了。 三、系统硬件电路的设计 2. 超声波发射电路 三、系统硬件电路的设计 超声波换能器的工作原理 压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部结构如下图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极加脉冲信号，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，这时它是一个超声波发生器；反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收道超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器了。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志