传感器原理课程设计-基于单片机的超生波测距系统精选.doc

JIANGXINORMALUNIVERSITY 传感器原理课程设计 题目： 基于超声波传感器的测距系统 院系名称：物理与通信电子学院 学生姓名： 学生学号： 专 业： 电子信息工程 任课老师： 完成时间： 2015年6月  摘要 本文主要介绍了基于超声波传感器的测距系统的工作原理、硬件电路的设计和软件设计。该测距系统由单片机最小系统模块、温度采集模块、超声波测距模块，LCD显示模块组成。能够完成距离和温度的测量、显示等功能。 关键词：超声波测距，单片机最小系统，温度采集 摘要 I 1引言 2 2 设计要求 2 3 方案论证 2 3.1 方案论证与比较 3 3.2 单片机最小系统模块的方案 3 3.3温度采集模块的方案 4 3.4超声波测距模块的方案 4 3.5 显示模块的方案 4 5 系统设计 5 5.1单片机最小系统模块的设计 5 5.1.1复位电路的设计 5 5.1.2 时钟电路设计 6 5.1.3单片机的I/O口的分配 6 5.2 LCD1602显示模块的设计 7 5.2.1 1602接口信号说明 8 5.2.2 1602操作时序 8 5.3 DS18B20温度采集模块的设计 9 5.3.1 DS18B20的分辨率 10 5.3.2 DS18B20工作时序图 10 5.4超声波测距模块的设计 11 6 软件设计 12 6.1 程序流程图 13 6.1.1 主程序流程图 13 6.1.2 外部中断0流程图 14 6.2子程序设计 14 6.2.1温度采集模块子程序 14 6.2.2 LCD显示子程序 16 7 误差分析 18 7.1 温度 18 7.2 障碍物表面材料 18 7.3 超声波模块探头距离 18 8总结 18 参考文献 19 附录一：源程序 20 附录：实物图 26  2 设计要求 设计并制作一个基于超声波传感器的测距系统，基本要求如下：测量范围为0.2-1m；测量精度为±2mm；并能实时显示。 3 方案论证 根据本题设计要求，确定了本系统的原理框图如图3-1所示。 图3-1 原理框图 3.1 方案论证与比较 根据题目的要求，我提出了以下的两种系统设计方案供选择： 方案1：由单片机编程产生40kHz的方波，由IO口输出，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理,送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。? 方案2：由单片机控制集成超声波测距模块HC-SR04，通过用一IO口发一个10us以上的高电平给集成模块控制口，就可以在接收口等待高电平输出，一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值，并由单片机实时检测。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离,并由单片机控制显示出来。由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，所以温度的影响不能忽略不计，本方案中对声速c还添加了温度补偿。 通过上述两种方案的比较，由于集成超声波测距模块HC-SR04提供2cm至400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm,模块自身包括超声波发射器、接收器与控制电路,且编程和制作相比方案一容易许多。因此本超声波测距系统的设计采用方案2。 3.2 单片机最小系统模块的方案 方案1：采用PIC单片机。PIC单片机的各个型号的兼容性强，功能全，型号多，抗干扰能力强。缺点：PIC单片机价格贵，烧写器较贵，烧写程序比较麻烦。 方案2：采用MCS-51单片机。MCS-51系列单片机是8位增强型。51单片机具有功能强，体积小，可靠性好和价格便宜的优点，并且编程较为容易，程序的烧写也较为简单。 综合上面两个方案以及本人日常学习到的单片机，选择方案二作为本设计的核心处理模块。 3.3温度采集模块的方案 采用温度传感器DS18B20。DS18B20具有体积小、质量轻、精密度高、全数字化、性能稳定等优点。它的测量范围在-50℃至+125℃，在-10℃至+85℃范围内精度为±0.5℃，当电源电压在5-10V之间，稳定度为1﹪时，其各方面特性都满足了本系统的设计要求。此外DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理，可以简化硬件电路和提高可靠性。 3.4超声波测距模块的方案 采用HC-SR04超声波模块。本模块性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小的优点。本模块使用方法简单,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收