52单片机超声波测距论文最终版.doc

超声波测距 摘 要:本作品采用作为主控制器 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接收电路等几部分。单片机采用AT89S52，系统晶振采用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P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，P3.2端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LCD1602液晶显示，输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.5、P3.6、P3.7口。 1.1系统整体方案设计由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，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，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。????? 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、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、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面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，本文采用AT8952单片机作为控制器，用LD实现数字显示。? 52系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。 空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。 掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。 5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。  1.3系统整体方案的论证  超声波测距的原理是利用超声波的发射和接，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。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；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。 图3-2： 超声波测距单片机系统 2.2 超声波发射、接受电路 超声波发射如图3-3，接收电路如图3-4。超声波发射电路由电阻74ALO4、555电路及超声波发送头T40构成接收电路。由555发射出波形，再由555外围的电路经过滤波、调整，形成好看无杂波的波形，再经过74AL04反向驱动放大，最后由超声波发射探头发射出去。 接收电路由一级放大100倍，低通滤波，高通滤波，二级放大100倍，经过比较器LM393转换为高低电平，触发三极管，启动中断计时。 图3-3：超声波测距发送单元 图3-4：超声波测距接收单元 由于反射回来的超声波信号非常微弱，所以接收电路需要将其进行放大。接收电路如图3-4所示。接收到的信号加TL084的两级放大器上进行放大。每级放大器的放大倍数为100倍。放大的信号经过高低通两段滤波，使波形该接收电路结构简单，性能较好，制作难度小。 2.3 显示电路 本系统采用三位一体LCD显示所测距离值，如图3-6。显示电路采用简单实用的LCD1602液晶显示，输出端口为单片机的P2口，位码输出端口分别为单片机的P3.5、P3.6、P3.7口。 图3-5：显示单元 3.1主程序设计 超声波测距的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收程序及显示子程序组成。超声波测距的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言编程。? 主程序首先是对系统环境初始化，设定时器0为计数，设定时器1定时。置位总中断允许位EA。进行程序主程序后，进行定时测距判断，当测距标志位ec=1时，测量一次，程序设计中，超声波测距频度是4-5次/秒。测距间隔中，整个程序主要进行循环显示测量结果。当调用超声波测距子程序后，首先由单片机产生4个频率为38.46kHz超声波脉冲，加载的超声波发送头上。超声波头发送完送超声波后，立即启动内部计时器T0进行计时，为了避免超声波从发射头直接传送到接收头引起的直射波触发，这时，单片机需要延时约1.5 -2ms时间（这也就是超声波测