传感器课程设计-超声波传感器精选.doc

题 目 超声波传感器 摘要 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远等优点，因而，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是应用最普遍的一种，并且在测量精度方面也能达到自动化的使用要求，它广泛应用于倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。 超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，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，另一端接收的直接波方式，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。 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12M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，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8550驱动。 关键词 超声波 Ultrasonic 单片机AT89S51 MCU AT89S51 测距Ranging 目 录 一 、设计目的 5 二、设计任务与要求 5 2.1设计任务 5 2.2设计要求 5 三、设计步骤及原理分析 5 3.1设计方法 5 3.2设计步骤 6 3.3设计原理分析 13 四、课程设计小结与体会 14 五、参考文献 15 设计目的 学习超声波传感器的知识，以及超声波传感器的原理，学会设计传感器。 二、设计任务与要求 2.1设计任务 1.设计硬件 2.设计软件 2.2设计要求 超声波传感器能正常运行 设计步骤及原理分析 3.1 设计方法 设计方案 按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块共四个模块组成。 单片机主控芯片使用51系列AT89S51单片机，该单片机工作性能稳定；发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送；接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小较小。 图3-1 系统设计框图 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部分。采用M高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差，位用PNP三极管驱动。 3.2.1 关于AT89S51单片机 AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 5l系列单片机中典型芯片采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图3-2所示。 图3-2 51系列单片机封装图 5l系列单片机提供以下功能：4kB存储器；256BRAM；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。 3.2 .2超声波测距单片机系统 超声波测距单片机系统主要由：AT89S51单片机、晶振、复位电路、电源滤波部份构成。由K1，K2组成测距系统的按键电路。用于设定超声波测距报警值。如图3-3。 图3-3 超声波测距单片机系统 3.2.3 超声波发射和接收电路 超声波发射如图3-4，接收电路如图3-5。超声波发射电路由电阻R1、三极管BG1、超声波脉冲变压器B及超声波发送头T40构成，超声波脉冲变压器，在这里的作用是提高加载到超声波发送头两产端的电压，以提高超声波的发射功率，从而提高测量距离。接收电路由BG1、BG2组成的两组三级管放大电路构成