超声波测距电路的实现.doc

基于单片机的超声波测距电路的实现

专业：电子信息工程
姓名: ***
班级：***
学号：****
指导教师：***

基于单片机的超声波测距电路的实现

一、设计要求
设计一个超声波测距系统，以单片机为核心部件，形成相应的测距电路，信号处理电路以及报警电路。要求测量范围在0.5-10.00m，所测量的距离能够实时显示（三位数码管显示），如果距离小于0.5米，将采用声光报警来提示用户。
二、对课题理解
该题目是以单片机为核心，通过对超声波传感器器的控制与计算，来检测距离并经过显示电路用三位数码管显示出来。
　超声波测距的应用已非常广泛, 本课题所采用的超声波测距的计算原理是通过记录超声波从发射到接收所用的时间间隔t , 根据公式s = vt(异地收发) 或s = vt/ 2 (同地收发) 来计算被测距离的。该方法要准确记录超声波发射的时间，因此对时间的把握尤为重要。
三、设计思路
 超声波传感器及其测距原理 
　　 超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器。超声波传感器有发送器和接收器。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 
超声测距系统是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差t，然后求出距离s。基本的测距公式为：s=v*t/2。
　　测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
　　由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。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要求。
　　 超声波发生器可以分为两类：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。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，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，超声波测距系统框图如下图所示：

显示电路
语音电路
超声波发射电路
超声波接收电路
P1.4
P1.6

P1.5
P1.7

P3.2—P3.7

AT89S51

XTAL1 TXD—RXD
XTAL2 P1.0—P1.3

12MHz
MAX810
三位数码管显示

超声波测距系统设计框图
四、系统组成
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AT89S51来实现对超声波转换模块、语音电路和显示电路的控制。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。
　　软件部分
主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分组成。
五、参考文献
1、邱瑞昌 姜久春 泊车用超生比测距仪的研制 《电子产品世界》2001.9B
2、刘迎春 牟金秀 于复生 毕宏彦 基于时差的超声波测距研究 计量技术 2005.No1
3、李丽霞 单片机在超声波中的应用 电子技术.2002.6 7~9