超声波测距离在汽车上的应用
目录
摘要........................................................ I II Abstract ...................................................... I V 第一章绪论. (1)
1.1课题背景 (1)
1.2国内汽车倒车雷达预警系统的现状 (1)
1.3本课题研究内容 (2)
第二章超声波倒车雷达测量仪的测量原理 (3)
2.1超声波 (3)
2.1.1超声波概念及特点 (3)
2.1.2超声波传播速度 (3)
2.1.3超声波频率 (3)
2.2超声波传感器 (4)
2.3超声波倒车雷达测量原理 (5)
第三章系统硬件设计 (7)
3.1硬件电路整体结构说明 (7)
3.2电源设计 (7)
3.2.1 复位电路设计 (8)
3.3超声波发射电路 (9)
3.3.1 MSP430单片机 (9)
3.3.2发射电路方案选择 (10)
3.4超声波接收电路 (12)
3.4.1运算放大器NE5532简介 (13)
3.4.2 LM567及锁相环电路 (13)
3.4.3光电隔离电路及光耦6N136 .................... 错误！未定义书签。
3.5 温度补偿电路..................................... 错误！未定义书签。
3.5.1数字温度传感器DS18B20 ...................... 错误！未定义书签。
3.5.2 DSl8B20工作过程及时序...................... 错误！未定义书签。
3.5.3 DS18B20与单片机接口电路................... 错误！未定义书签。
3.6 LCD显示电路 ..................................... 错误！未定义书签。
3.6.1 LCD模块LCM12864H ......................... 错误！未定义书签。
3.6.2 LCM12864H与单片机接口电路................. 错误！未定义书签。
3.7 语音提示电路..................................... 错误！未定义书签。
第四章系统软件设计........................... 错误！未定义书签。
4.1系统软件整体结构 ................................. 错误！未定义书签。
4.2超声波发射接收程序 ............................... 错误！未定义书签。
4.3温度测量程序 ..................................... 错误！未定义书签。
4.3.1温度测量程序流程图.......................... 错误！未定义书签。
4.4液晶显示程序 ..................................... 错误！未定义书签。
4.5声音提示程序 ..................................... 错误！未定义书签。第五章系统误差分析........................... 错误！未定义书签。第六章总结................................... 错误！未定义书签。参考文献...................................... 错误！未定义书签。附录1：总电路图.............................. 错误！未定义书签。附录2：翻译.................................. 错误！未定义书签。
超声波测距离在汽车上的应用
摘要
本文探讨了超声波测距离在汽车上的应用问题，也就是我们常说的倒车雷达，即一种汽车倒车雷达测量预警系统，该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。
本文在研究汽车倒车雷达测量预警系统过程中,运用理论分析，电路设计和计算机仿真等研究手段,完成了倒车雷达预警系统硬件和软件的设计。
该系统分为测距模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，构建了倒车雷达测量预警系统的构架和设计方案。在硬件电路中详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达预警系统的测距原理，分析了以MSP430单片机为主控单元的系统硬件和软件设计,并对该系统进行了试验和误差分析，给出了本系统的稳定性指标。试验结果显示，该系统对室内有限距离的距离测量具有较高的精度，实现了倒车提示和距离报警功能。
关键词：超声波；倒车雷达；温度补偿；MSP430；距离测量
Ultrasonic distance measurement in automotive
applications
Abstract
This article treats of ultrasonic pacing out distances in cars in which the application, we often say that a radar, reversing the car into reverse in the early warning radar system, in common the car into reverse warning apparatus on the basis of computer controlled by technology and ultrasound range of technical and obstacles to show the distance, according to its distance from far and near real-time a call the police, from parking and start when the vehicle and visit the trouble of driving security.
Based on the research vehicle reversing early warning radar system process, the use of theoretical analysis, design and computer simulation, and other research tools, completed a reverse early warning radar system hardware and software design.
Ranging module into the system, the system control module and display alarm module, respectively, and their program of construction of a reversing early warning radar system of systems architecture and design programs in the hardware circuit in detail the use of the SCM technology Visual reversing range early warning radar system to achieve the principle of a MSP430 MCU control unit for the system hardware and software design, and the system was tested and error analysis, given the stability of the system indicators "The results show that the system of limited indoor range of distance measurement with higher precision, to achieve a prompt and distance, reversing alarm function.
Keywords：Ultrasound；reversing radar； temperature compensation；MSP430；distance measurement
第一章绪论
1.1课题背景
随着中国经济的持续增长和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车。在享受汽车给我们带来的便利同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。一方面汽车的数量逐年增加，公路、街道、停车场和车库拥挤不堪，可转动的空间越来越少；另一方面，新司机及非专职司机越来越多，因倒车引起的纠纷越来越多，车辆之间、车辆与人、车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生。在2009年汽车事故的发生比例中，倒车引起的事故占28%，倒车己成为令人们头痛的一项任务，即使是经验丰富的司机也在抱怨倒车是件费力费神的事。驾驶者只能依赖后视镜观察后方障碍物，后视镜受其位置的限制，视野狭窄、清晰度差，根本无法达到倒车过程中后视的目的。其二是倒车时驾驶者同时要兼顾车辆前方、两侧的情况，必须扭身回头观察车辆后面的情况，体力和脑力消耗过大，易产生不安全因素。其三，倒车是一个复杂的工程，它依赖于驾驶者的驾驶经验、驾驶技巧及反应灵敏程度，任意环节出问题都导致驾驶员无法快速准确地完成倒车任务。解决汽车的倒车难问题目前有两种思路：一是寄希望于汽车自动驾驶技术及其配套设施的日益成熟，目前这项技术只用于少量高档豪华车上，短期内未能全面推广应用；第二是采用简单的汽车倒车预警系统，但是传统的汽车倒车预警系统的功能简单，驾驶员仍然需要通过后视镜去判断车后的物体，以及通过估计汽车和车后障碍物的距离完成倒车任务。本文研究的汽车倒车预警系统属于第二种思路，它在常见的汽车倒车预警装置的基础上进行改进，能在很大程度地解决倒车难题，同时也为汽车自动驾驶的研究应用奠定基础。
1.2国内汽车倒车雷达预警系统的现状
随着我国汽车产业的高速发展，近两三年我国开始进入私家车时代，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车运行的安全性。倒车雷达预警系统不仅深受驾驶员的青睐，也逐渐成为汽车电子产业中新的增长点。尤其是近两年来，倒车雷达成了商家的电子新爱，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达，处在我国汽车电子行业环境的繁荣背景下倒车雷达已渐渐形成一个较大的行业，而且已呈现出一派激烈竞争的态势。倒车雷达系统经历了三个阶段，六代的技术改良。从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路，功能较简单。
随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车
电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离，并采用不同间歇鸣叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为智能可视倒车雷达系统，它在车尾部装上针孔摄像头，倒车时可以在显示屏上显示车后的真实图像。
在前段时间上市的由东风日产汽车有限公司乘用车公司推出的全新一代蓝鸟至尊，最引人注目的是它配备倒车影像显示和卫星导航系统，这两项配置在同级别的轿车上可谓绝无仅有，有效提升了蓝鸟的档次。直接将高级别汽车的智能化从概念引入了应用。在驾驶者挂入倒挡时，中控台上的液晶显示屏会自动切换画面，将车尾摄像头拍下的环境状况展示在驾驶者眼前，最大程度的方便泊车，这项功能在夜间尤其具有价值。而它的卫星导航系统，使日产成为继丰田之后又一个将导航定位系统引入国内的厂家。
1.3本课题研究内容
本文采用脉冲回波法，选用TI公司的MSP430高速低功耗单片机作为整个测量系统的核心部件，并运用DS18B20数字温度传感器进行温度补偿，加以用液晶显示模块和声音提示模块，能够直观的显示出测量内容，设计出了结构简单、成本较低，功能完善，性能稳定的硬件结构和较为合理的系统软件，并对硬件和软件进行了相关的测试。软件编程采用通用性较强的C语言，基于程序设计功能模块化的思想，设计出了超声波发射和接收程序模块，温度测量程序模块和液晶显示程序模块。
第二章 超声波倒车雷达测量仪的测量原理
2.1超声波
2.1.1超声波概念及特点
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，是机械振动在媒介中的传播过程，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波是人耳听觉范围值以上的振动，频率范围在 10kHz 到 1THz 之间，常用频率大约在 10kHz 到 10MHz 之间。超声波的波型分纵波、横波、瑞利波和表面波。
超声波按传播方式可分为纵波和横波。纵波的传播方向与质点的振动方向一致，纵波可以在气液和固体中传播。横波的传播方向垂直于质点的振动方向横波只能在固体中传播。超声波的物理性质有：反射与折射、衰减与吸收、叠加与干涉等。
2.1.2超声波传播速度
由于超声波也是一种声波，超声波在传播介质中的传播的速度和介质的特性有关。理论上，在13℃的海水里，声音的传播速度是1500m/s 。在25℃的空气中传播的速度是344m/s ，在温度为0℃时的速度是334m/s 。超声波的传输速度和声波一样，超声波在空气中传播时，空气的温度、大气压力、湿度等都对超声波的声速有影响，其中温度对速度的影响最大。
超声波在空气中传播时，传输速度和温度的关系可以由公式（2-1）来表示：
331.450.61C T =+ （2-1）
在测量过程中，如果温度变化不大，则可以认为声速是不变的。如果对测量精度要求较高，为了减小误差，避免因环境温度变化而带来的偏差，必须对环境温度进行检测，通过温度补偿的方法对声速进行校正，以实现能够精确测量。
2.1.3超声波频率
超声波在传播过程中，衰减系数与声波介质以及频率的关系为
2a bf = （2-2）
其中，a 为衰减系数，b 为介质常数，f 为振动频率。在空气中，
132210/b s cm -=?。
其物理意义为，声波在空气中传播，由于空气运动摩擦的原因，能量被吸收损耗。由公式（2-2）可知，超声波的频率越高，衰减也就越大，其传播的距离也就越短。传播到空气中的超声波强度随距离的变化成比例地减弱，这是因为衍射现象所导致的在地球表面上的扩散损失，也是因为介质吸收能量产生的吸收损失。如图2-1所示，超声波的频率越高，衰减率就越高，波的传播距离也就越短。
图2-1 声压在不同距离下的衰减特性
超声波传感器的工作频率是测距系统的主要参数，它直接影响超声波的扩散和吸收损耗，障碍物反射损失，背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。对于不同占空比的超声波，其发送接收效率不同，一般50%的占空比频率为40KHz左右的超声波在空气中传播的效率最佳。
2.2超声波传感器
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。目前超声波传感器大致可以分为两类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛型、液哨型和气流旋笛型等。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。在超声波测距的应用中，最为常用的是压电型传感器。压电型超声波传感器的工作原理：它是借助压电晶体的谐振来工作的，即陶瓷的压电效应。超声波传感器习惯上称为超声换能器，或者超声探头。其结构原理如图2-2所示。
图2-2 超声波传感器内部结构
超声波传感器有两块压电晶片和一块共振板。当它的两电极板加脉冲信号(触发脉冲)，若其频率等于晶片的固有频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板振动，电能转换为机械能，此现象称为逆压电效应。机械能以波动的方式向外辐射传播，产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，这现象称为压电效应，此时的传感器就成了超声波接收器。压电型超声波传感器结构如图2-3所示，一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是谐振器以及由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器的一个结合体。谐振器呈喇叭形谐振器金属片喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且压电陶瓷可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。
图2-3 压电型超声波传感器结构图
2.3超声波倒车雷达测量原理
通常，超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，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，便产生超声波。
在超声波探测电路中，发射端输出一系列脉冲方波，其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检
测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响，精度不高。
本文硬件设计采用超声波往返时间检测法，其测量原理图如图2-4 所示。
图2-4超声波测距原理图 传感器发出40KHz 超声波, 但并不是单独发射一个脉冲,而是一串的几个脉冲, 并对测量逻辑电路提供一个短脉冲，开始计时,超声波接收器接收到遇到障碍而返回的脉冲串前端, 同样也对测量逻辑电路提供一个短脉冲,计时结束,这就得到了超声波运行时间间隔t(s), 结合空气中超声波传播速度v(m/s),根据运动定律, 我们便得到所要测量的目标距离
S(m) :S=Vt/2 (2-3)
然而，超声波在空气中传播的速度V 和空气的温度有关。
温度补偿：在理想气体中, 超声波传播速度可表述为:
μ
γRT V = (2-4) 其中, γ为气体的比热值, R 为气体常数, T 为热力学温度, μ 为气体的分子量。由(2-4)可知:声速与热力学温度的平方根成正比, 温度越高声速越大。实验表明, 实用的温度值经验公式为:
16
.27316.2734.331+=T V (2-5) 对于T 值, 可使用温度传感器采集并送给单片机进行计算。
第三章系统硬件设计
3.1硬件电路整体结构说明
超声波倒车雷达测量系统框图如图3-1。
图3-1 超声波液位测量系统框图
系统主要由五个部分组成：单片机控制部分，液晶显示、报警部分，温度检测部分，超声波发射部分和超声波接收部分。单片机控制部分用来产生40kHz的方波，并测量出超声波从发射到接收所传播的时间，驱动液晶显示模块，采集温度测量部分的温度信息以及进行数据的处理。温度测量部分用来测量环境温度，对温度进行补偿，来减少环境温度变化对测量精度的影响。LCD部分用来显示测量的结果，即可以显示出距离。发射部分由单片机产生的40KHz方波信号作为控制信号，控制驱动电路使超声波传感器发射出超声波。超声波接收部分则负责对超声波接收传感器产生的电信号进行滤波放大，经过检波电路，产生接收中断信号，使单片机能够计算出超声波发射到接收所消耗的时间。
3.2电源设计
在本系统中，使用到了多种电源，有+24V，±12V，+5V，+3.3V及+3V。超声波发射驱动电路使用到的是+24V，运算放大器NE5532使用的电源是±12V，光耦6N136及集成锁相环路解码器LM567使用的是+5V的电源，声音提示芯片ISD4004使用的是+3V的电源，而单片机MSP430F147和LCD模块LCM12864H使用的是+3.3V。由于本课题设计的对象不是便携式产品，使用的电源是汽车电瓶12V电压。为了减少设计任务，本文选用的是独立的开关电源模块，能够输出±12V和+5V的直流电。但要获得+3.3V的电源，还需
要进行电源的设计。获得+3.3V电源的方法有多种，如用电阻分压、使用电源芯片等。为了简化电路，本系统采用的是电源管理芯片LD1117，输出为+3.3V，如图3-2所示。
图3-2 电源电路图
3.2.1 复位电路设计
在单片机系统中，为了保证系统在上电时进行初始化，同时也为了保证对电源的监视，需要采用复位芯片，如图3-3所示。
图3-3 复位电路
3.3超声波发射电路
超声波传感器发出超声波，需要40KHz的激励信号源。在前面已经提到过最好的激励源是40KHz，占空比为50%的激励源。而产生40KHz信号的方法有多种，如使用LC振荡电路、555时钟电路、单片机发生等等。由于前两种方法产生40KHz的信号电路复杂，性能不够稳定，而本系统采用单片机，利用其定时器产生40KHz的方波。
在单片机的选择中，本系统选用的是MSP430147单片机，它较传统使用的51单片机的最大优点是高速低功耗，性能有极大的提高，开发成本低，下面就MSP430单片机进行简单的介绍。
3.3.1 MSP430单片机
MSP430系列超低功耗单片机是TI公司推出的一种新型单片机。其外部引脚图如图3-4，主要功能部件有CPU：MSP430系列单片机的CPU和通用微处理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨而设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令。这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。存储器：存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息。有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字的形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。其中MSP430各系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和FLASH型。外围模块：经过MAB、MDB、中断服务及请求线与CPU相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。它们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器A、定时器B、比较器A、串口0、1、硬件乘法器、液晶驱动器、模数转换、数模转换、端口、基本定时器、DMA控制器等。
MSP430特点有：(1)功耗低,典型功耗是:2.2V时时钟频率1MHz时，活动模式为200uA ，关闭模式时仅为0.1uA，且具有5种节能工作方式。(2)高效16位RISC结构CPU,27条指令，8MHz时钟频率时指令周期时间125ns，绝大多数指令一个时钟周期完成，32kHz时钟频率时16位MSP430单片机的执行速度高于典型的8位单片20MHz 时钟频率时的执行速度。(3)低电压供电、宽工作电压范围：1.8V～3.6V。(4)灵活的时钟系统(两个外部时钟和一个内部时钟)。(5)低时钟频率可实现高速通信。(6) 具有串行在线编程能力。(7)强大的中断功能。(8)唤醒时间短,从低功耗模式下唤醒仅需6us。(9) ESD保护：抗干扰力强。基于以上特点，该系列单片机在便携式仪表、智能传感器、实用检测仪器、电机控制、家庭自动化等领域的应用较为普遍。MSP430 产品系列可以提供多
种存储器容量组合的选择，从14位模数转换器(ADC)到液晶显示器(LCD) 驱动电路的混合信号外设，可根据需要进行选择，简化了各类应用的电路设计。且集成时钟、集成LCD 驱动电路、集成A /D、D/A转换器，使硬件简化,所需外部元件极少。
MSP430的16位定时器中断可用于事件计数，时序发生，PWM 等；是应用于工业控制的理想配置。DCO为单片机系统提供一个内部时钟源并具有锁相环，当XTALT2 没有提供时，系统依靠DCO 运行，整个时钟配置可以通过DCOCTL 、BCSCTL1、BCSCTL2 和SR 等控制寄存器中相应的位来选择和控制以满足用户对系统的要求。不同型号单片机的存储器容量和外围模块各不相同，使用者可以根据需要具体选择适应工业级应用环境。
图3-4 MSP430F147系列外部引脚图
3.3.2发射电路方案选择
单片机发出的信号是不能够直接驱动超声波传感器的，还需加驱动电路。超声波反射回后，能量会减弱，在距离较远的情况下会减小的更弱。此时超声波传感器有可能检
测不到回波，或检测到回波后发出的电信号只有毫伏级甚至是微伏级，这样就影响测量范围和测量精度。因此为了加大超声波的测量范围，驱动电路需要较大的驱动能力。超声波发射驱动电路的方法有多种，常用到的驱动方法有如图3-5所示四种。
(a)
(b) (c)
(d)
图3-5 发射驱动电路图
其中图3-5（a）、（c）所示电路所用元件较少，结构也较简单，但是它们的驱动能力有限，不能使超声波传感器发出较大的超声波能量，只适用测量范围较小的场合使用。
图3-5（b）所示电路中使用一个了变压器，其体积较大，结构比较复杂，但是其有较强的驱动能力。而本系统设计的要求是电路结构简单，所以不予采用。
图3-5（d）所示电路选用的是常用的高速开关型的MOSFET IRF120，其体积较小，具有很高的工作电压，导通时间比较快，导通电阻也比较小，因此比较适合使用在本系统中。经过实验证明，该驱动电路结构简单，驱动能力强，符合设计要求。所以整体发射电路如图3-6所示。
图3-6 整体超声波发射驱动电路图
3.4超声波接收电路
接收电路中，超声波传感器将接收到的超声波能量转换成电能，但其电能非常弱小。为了满足后续信号处理的需求，必须对接收信号进行放大处理。
接收部分主要由超声波接收传感器、放大电路、锁相环电路等环节组成，如图3-7所示。其中放大电路是一个放大倍数较高的两级运算放大器，其功能是将从被测物体反射回来的微弱信号进行整形放大后送入锁相环电路。锁相环电路再根据放大后的信号进行检测，若检测到的信号为超声波反射回来产生的信号，就会产生脉冲信号，送入计数控制电路部分。本文采用的是常用的运算放大器NE5532，其常用作音频电路的前置放大。
图3-7 超声波接收驱动电路图
3.4.1运算放大器NE5532简介
NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放相似，它具有较好的低噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号放大性能与电源带宽，高信号响应速率，还具有输入保护二极管和输出短路保护。其性能指标如下：
（1）小信号带宽：10MHz；
（2）输出驱动能力：600Ω，10V；
（3）输入噪声电压：5nV/HZ（典型值）；
（4）DC电压增益：50000；
（5）AC电压增益：10KHz时2200；
（6）电源带宽：140KHz；
（7）转换速率：9V/μS；
（8）大电源电压范围：±3～±20V。
3.4.2 LM567及锁相环电路
本文设计的系统方案中，在放大电路后面还加入了锁相环电路，集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种。其同类产品还
有美国Signetics公司的SE567/INE567等。LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器．由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通信设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信、对讲机亚音频译码、遥控等。
超声波传感器测距原理
芀一、超声波测距原理 肅超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的 同时开始计时,超声波在空气中传播时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停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S , 即: 膂S = v·△t /2 ① 芀这就是所谓的时间差测距法。 蝿由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为： 螅V = 331.45 + 0.607T ② 芄 声 速 确 定
后, 只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 薂二、系统硬件电路设计 腿图2 超声波测距仪系统框图 蒆基于单片机的超声波测距仪框图如图 2 所示。该系统由单片机定时器产生 40KHZ 的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机 是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。工作过程：开机，单 片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz 的10 个脉冲信号加到超声 波传感器上，使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后， 单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数， 这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。下面分别介绍各部分电路： 莅1 、超声波发射电路 螀超声波发射电路如图3所示，89C51 通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250 μ s , 40kHz 的10 个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发 射出超声波。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远, 可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。 薈图3中T为超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。利用逆压电效应 将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射; 利用压电效应可以将作用在它 上面的机械振动转换为相应的电信号, 从而起到能量转换的作用。市售的超声 波传感器有专用型和兼用型,专用型就是发送器用作发送超声波，接收器用作接
超声波测距系统设计
目录 一、课程设计目的 (2) 二、内容及要求 (2) 2.1、设计内容 (2) 2.2、设计要求 (2) 三、超声波传感器的工作原理 (2) 四、系统框图 (3) 五、单元电路设计原理 (3) 5.1、51系列单片机的功能特 (4) 5.2、超声波发射电路 (4) 5.3、超声波检测接收电路 (5) 六、完整的电路图………………………………………………………………… 七、程序流程图 (6) 八、参考文献 (7) 九、设计中的问题及解决方法 (7) 十、总结 (7)
一、课程设计目的 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 二、内容及要求 超声波测距系统设计 2.1设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。 功能：1）LED数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。 2）测量范围：30cm～200cm。 3）误差＜0.5cm。 4）其它。 2.2设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。 三、超声波传感器的工作原理 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。 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AT89C51单片机作为控制器，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。 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。 理论计算 如图1所示为反射时间法，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式(T/2) C S=其中，S为被 * 测距离、V为空气中声速、T为回波时间（T2 =），这样可以求出距离： T1 T+
超声波测距程序(详细C语言数码管显示)
超声波测距程序（详细C语言数码管显示） #include
超声波测距
超声波测距 超声波测距原理： 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。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。 采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K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,显示电路采用简单的4位共阳LED数码
管,断码用74LS244,位码用8550驱动. 超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离， 超声波测距器的系统框图如下图所示：
超声波测距传感器(硬件件篇)
自制一个由你掌控的 —— 超声波测距传感器（硬件篇） 一、背景 四年多前，我曾尝试自己制作一个超声波测距传感器。 当时是想为 LEGO 的 RCX 配套，因为我是Semia 的技术支持，那时RCX 还没有配置任何测距传感器。由于可查阅的资料有限，且不详细，最后以失败告终 /（也许在网络搜索上我属于“菜鸟”）。 为了达到目的，只好选用了 Sharp 公司的 GP2D12。但自制超声波测距传感器的愿望一直没被遗忘。一是觉得超声波用于测距从原理上讲应该效果不错（GP2D12的测距范围太小，只有 10 — 80 cm）；二是市售成品不够灵活，为了适应它还得做转换接口，费力耗财。 前段时间协助一个单位搞项目，涉及到超声波测距；有幸的是解剖了一款进口的超声波测距传感器 —— SensComp公司的6500，使我对相关原理和技术有了比较透彻的了解。 本想项目结束后立刻动手设计一个自己的传感器，后因忙于“圆梦小车”耽搁了。 现在圆梦小车已初具雏形，可以腾出一点时间，而且小车也需要一些传感器与之配套，便着手实现了这个夙愿。
基于嵌入之梦工作室的宗旨 —— 为学习单片机的大学生服务，将设计和制作的细节与大家分享，希望能有助于读者做出属于你自己的超声波传感器，也让和我有类似想法的人不至于再次失望于网络。 二、需求分析 ?能在测距范围上弥补 GP2D12 的不足，将距离延伸到 80cm以外； ?可以提供给大学生和爱好者 DIY，具有学习功能； ?方便自己随时修改程序，使学习的作用得以充分发挥； ?成品具有一定的使用价值，可方便的应用于小车等需要测距的装置上。 三、概要设计 总体设计参照 SensComp公司（https://www.wendangku.net/doc/e42892597.html,）6500测距模块，其核心是两片专用的超声波测距IC：TL851和TL852。 TL852是一片专门设计用于超声波接收、放大、检测的芯片，集成了可变增益、选频放大器，可通过四根控制线变换11级增益，对于检测超声波信号十分有效。 TL851 与TL852 配套，它可实现超声波发射及控制TL852的增益变换，通过定时控制增益，使TL852的增益与回波时间相匹配，一方面提高了检测的灵敏度，同时减小了干扰。 如果不能随时间变换增益，为增加检测距离，就需要加大灵敏度；而开始时灵敏度就很高，无疑会收到一些不想要的信号。（6500测距模块的相关资料及芯片资料见附件） 解剖此模块时，对TL852的功能十分感兴趣，当初我制作时就是“栽”在这个环节；而TL851的功能基本属数字控制范畴，输出还需要配合单片机才能得到结果，接口也不是十分灵活，笔者认为完全可以用单片机替代。 所以，本次设计的主要改变就是用单片机替换6500模块的TL851。 单片机还是选用圆梦小车所用的STC12系列，一是考虑是51兼容，符合国内多数教材；二是下载程序方便。此次选用的是 STC12LE4052（4K FlashROM，256 RAM）。考虑体积因素，选择了SOP20封装。
10米超声波测距仪设计实现
10米超声波测距仪设计实现 一、功能要求 设计一个超声波测距仪，可以测量测距仪与被测物体间的距离。要求测量范围0.1~10.00米，测量精度1cm，测量时与被测物体不接触，并将测量结果显示出来。 二、系统硬件电路 1．单片机系统及显示电路 单片机采用89C51或89S51。采用12MHz高精度晶振，以获得较稳定的时钟频率，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40Hz方波信号，利用外中断0口监测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳极LED数码管，段码用74LS244驱动，位用PNP8550驱动。 2．超声波发射电路 主要由74LS04和超声波换能器T构成。这种推挽形式的方波信号可以提高发射强度。反相器并联提高驱动能力。上拉电阻R1、R2提高74LS04输出高电平的驱动能力。 3．超声波接收电路 CX20106A是接收38KHz超声波的芯片，可利用它做接收电路。 4．系统程序 超声波测距仪的软件主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。 主程序：
开始 系统初始化 发送超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 丢系统初始化，设置T0为方式1，EA=1，P0，P2清0。为避免超声波发射器直接接传送到接收器，需要延时0.1ms。由于时钟的频率是12MHz，计数器每计一个数就是1us。如果按声速344m/s，则d=c*t/2=172T0 cm 超声波发生子程序：通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号，脉宽12us，同时T0计数。 超声波测距仪利用中断0检测返回的超声波，一旦接收到返回的信号，立即进入中断。中断后就立即关闭T0停止计时。如果计数器益出则测试不成功。 3方案设计和选择 根据本次设计的要求，方案的选择应力求实用性强，性价比高，使用简单。 3.1 超声波测距的基本原理 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波
单片机应用_超声波测距器
单片机课程设计 一、需求分析： 超声波测距器，可以应用于汽车倒车、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、管道长度的测量等场合。要求测量围在１m，测量精度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。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，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 本文旨在设计一种能对中近距离障碍物进行实时测量的测距装置，它能对障碍物进行适时、适量的测量，起到智能操作，实时监控的作用。 关键词单片机AT82S51 超声波传感器测量距离 二、硬件设计方案 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，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。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。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 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340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，超声波测距器的系统框图如下图所示： 超声波测距器系统设计框图 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CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。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。
超声波传感器及其测距原理
安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了SensComp公司生产的Polaroid 6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了ATMEL公司的AT89C51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、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[1]。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，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]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。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的
声源与障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。 2.1 Polaroid 600系列传感器 此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4kHz、电压为300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz的超声波。当接收回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4kHz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。 Polaroid 600超声传感器发送的超声波具有角度为30度的波束角[3]，如图1所示：
超声波测距系统设计
中北大学 物联网工程专业 无线传感器网络课程设计 报告 课题名称：超声波测距系统设计 班级： 13270841 指导教师：马永 开设时间： 2016 年 6 月
目录 一、课程设计目的 (1) 二、课程设计题目 (1) 三、课程设计内容、要求 (1) 1、设计内容 (1) 2、设计要求 (1) 四、传感器工作原理 (1) 1.超声波传感器 (1) 2.温度传感器DS18B20 (3) 五、系统框图 (3) 六、单元电路设计原理 (4) 1、超声波发射电路 (4) 2、超声波检测接收电路 (4) 3、单片机最小系统 (5) 3.1、STC89C52芯片 (5) 3.2 复位电路 (5) 3.3 晶振电路 (6) 4、显示部分 (7) 5、温度检测电路 (7) 七、软件设计与系统调试 (8) 1、主程序流程图 (8) 1.1发射程序与接收程序流程图 (9) 1.2 中断子程序流程图 (10) 1.3 距离计算与显示子程序 (11) 2.系统调试 (12) 八、设计中的问题及解决方法 (12) 九、总结 (13) 十、参考文献 (14)
一、课程设计目的 通过《无线传感器网络》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 二、课程设计题目 超声波测距系统设计 三、课程设计内容、要求 1、设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。采用发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。根据温度传感器DS18B20所采集的温度数据来修正测距系统中的声速，从而使超声波测得的距离更准确。 功能：1）所有测距和温度数据均通过液晶显示器LCD1602 显示出来，距离精确到毫米，温度精确到小数点后一位（单位：摄氏度）。 2）测量范围：30mm～2000mm。 3）误差＜5mm。 4）其它。 2、设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图 四、传感器工作原理 1. 超声波传感器 本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波传感器分机械方式
超声波测距C语言源程序代码
超声波测距C语言源程 序代码 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
/*{HZ即单位s的倒数}本晶振为12MHZ,因此外部的时钟频率为12MHZ,所以内部的时钟频率为(12M H Z)/12=1M H 即1000000HZ,而机械频率为1/(1MHZ),即每完成一次计算(即定时器的值加一)用时, 即1us(微秒).*/ /*************************************************************************** ********/ #include<> #define UC unsigned char #define UI unsigned int void delay(UI); sbit BX = P3^0;void TimeConfiguration(); a = 0; b = 0; c = 0; P2 =~ 0x00; goto loop; } time = TL0 + TH0*256; juli = ( int )( (time*/2 ); BAI = ( (juli%1000)/100 ); SHI = ( (juli%100)/10 ); GE = ( juli%10 ); /******************************************两种模式的距离显示 ********************************************/ if(juli > MAX) { Hong = 0; Lv = 1; while( t1-- ) { a = 0; b = 1; c = 1; P2 =~ CharacterCode[BAI]; delay(400); a = 1; b = 0; c = 1; P2 =~ CharacterCode[SHI]; delay(400); a = 1; b = 1; c = 0; P2 =~ CharacterCode[GE]; delay(390);
超声波测距系统设计
摘要 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。 介绍了一种以A T 89C2051 单片机为核心, 利用超声波的特性设计出低成本、高精度测距仪的方法。给出了这种测距仪的硬件原理电路和主要的软件设计思路,用Psp ice 对硬件的主要部分进行了模拟仿真。根据理论分析和试验统计对设计进行改进, 电路达到了预期的效果。 关键词：AT89C2051; 超声波；测距 Abstract With the development of science and technology, the improvement of people's tandard of living, speeding up the development and construction of the city. Urban rainage system have greatly developed their situation is constantly improving. However,due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage system. In particular drainage system often lags behind urban construction.Therefore, there are often good building excavation has been building facilities to upgrade the drainage system phenomenon. It brought to the city sewage, and it is clear to the city sewage and drainage culvert in the sewage treatment system. comfort is very important to people's lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core component of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. A kind of u lt rason ic telem eter based on A T 89C205 is in t roduced. Th is telem eter is provided w ith som e m er it s such as low co st and h igh2accu racy becau se of the u lt rason ic w ave character ist ic. The hardw are p r incip le elect r ic circu it and them ain sof tw are design idea are show ed. The sim u lat ion of the m ain par t of the hardw are has been done w ith P sp ice. A t last, acco rding to the theo ret ical analysis and the exper ience som e imp rovem en t s of the design are m ade. The system has ach ieved the an t icipated effect. Key words:AT89C2051; Silent Wave；Measure Distance
超声波测距C语言源程序代码
/*{HZ即单位s的倒数}本晶振为12MHZ,因此外部的时钟频率为12MHZ,所以内部的时钟频率为(12MHZ)/12=1MH 即1000000HZ,而机械频率为1/(1MHZ),即每完成一次计算(即定时器的值加一)用时0.000001s, 即1us(微秒).*/ /****************************************************************************** *****/ //具有模式选择. #include
基于超声波传感器的液位测量
基于超声波传感器的液位测量 1.摘要 超声波传感器应用广泛，其中液体液位的准确测量是实现生产过程检测和实时控制的重要保障，也是实现安全生产的重要环节。本文主要介绍液位的测量。液体罐内液位测量的方法有很多种，其中超声波传感器由于结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制，所以超声波测量法得到了广泛的应用。2.超声波概要 超声波是指频率高于20kHz的机械波，一般由压电效应或磁致伸缩效应产生；它沿直线传播，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强；它还具有强度大、方向性好等特点，为此，利用超声波的这些性质就可制成超声波传感器。超声波传感器是利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应研制而成的传感器。超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。压电式超声波传感器常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料的压电效应来工作的：逆压电效应将高频电振动转换成高频机械震动，从而产生超声波，可作为发射探头；而正压电效应是将超声波振动转换成电信号，可作为接收探头。 3.检测方法选择 从测量范围来说，有的液位计只能测量几十厘米，有的却可达几十米。从测量条件和环境来说，有的非常简单，有的却十分复杂。例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。 按测量液位的感应元件与被测液体是否接触，液位仪表可以分为接触型和非接触型两大类。接触型液位测量主要有:人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸缩液位计等。它们的共同点是测量的感应元件与被测液体接触，即都存在着与被测液体相接触的测量部件且多数带有可动部件。因此存在一定的磨损且容易被液体沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。非接触型液位测量主要有超声波液位计、微波雷达液位计、射线液位计以及激光液位计等。顾名思义，这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测液体不接触。因此测量部件不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛，可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。 根据以上几种因素得知，超声波液位计是非接触式液位计中发展最快的一种。超声波在同一种介质中传播速度相对恒定，遇到被测物体表面时会产生反射，基于此原理研制出
超声波测距器课程设计
《微机原理及应用》课程设计 超声波测距器的设计 学生姓名郝强 学号20110611113 学院名称机电工程学院 专业名称机械电子工程 指导教师王前 2013年12月27日
摘要 随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。 关键词：超声波；传感器；测量距离；控制
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.设计目的 (4) 2.总体方案 (4) 3.硬件设计 (5) 3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5) 3.2.1单片机芯片的选择 (6) 3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6) 3.3超声波发射电路设计 (6) 3.3.1选择超声波发生器类型 (6) 3.3.2 超声波发射电路设计 (7) 3.4超声波接收电路设计 (8) 3.5超声波显示电路设计 (9) 4.软件设计 (9) 4.1波测距器的算法设计 (10) 4.2系统的主控制程序设计 (11) 4.3发生子程序设计 (12) 4.4接收中断程序设计 (13) 4.5显示程序设计 (14) 4.6距离计算程序 (15) 5.结论 (17) 参考文献 (18)
超声波测距程序
//超声波测距程序#include
void delay(uint n) { uint x,y; for(x=n;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void delayt(uint x) { uchar j; while(x-- > 0) { for(j = 0;j < 125;j++) { ; } } }
void lcd_wcom(uchar com) { rs=0; //选择指令寄存器 rw=0; //选择写 P0=com; //把命令字送入P0 delay(5); //延时一小会儿，让1602准备接收数据 en=1; //使能线电平变化，命令送入1602的8位数据口,这点非常重要 en=0; } /*------------------------------------------------ 1602写数据函数 ------------------------------------------------*/ void lcd_wdat(uchar dat) { rs=1; //选择数据寄存器 rw=0; //选择写 P0=dat; //把要显示的数据送入P0
超声波测距
总体方案 本设计主要是进行距离的测量和报警，设计中涉及到的内容较多，主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、4位数码管显示模块这几个模块结合起来。而本设计的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，之后选择合适单片机芯片，以下就是从相关方面来论述的。 超声波测距仪 超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20 kHz的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。 综合上述三种测距仪的对比，本实验选着超声波测距仪。 系统方案 本系统选择52单片机作为控制系统核心，所测得的距离数值由4位共阴极数码管显示，与障碍物之间的不同距离利用蜂鸣器频率的不同报警声提示，超声波发射信号由52单片机的P1.0口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，报警系统由蜂鸣器电路构成。本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。系统框图如下：
硬件设计 超声波测距模块 模块功能 该模块利用超声波测距仪，测试小车与障碍物之间的距离，当距离小于某一给定值时，利用程序，将信号传递给单片机的某个引脚。其他控制模块检测该引脚的电平高低，根据电平的高低，控制小车的行驶状态。 基本实现原理 超声波接收器 放大器 检波电路 显示模块 51单片机 放大电路 报警模块 超声波接收器
超声波传感器及超声波测距
超声波传感器及超声波测距 摘要：介绍了一种基于AT89C52单片机的超声波测距系统，由555和运放及比较器配合超声波传感器有效组成了超声波的发射电路和接收电路。同时在数据处理，盲区消隐方面提出了有效解决方法! 从而提高了检测的精度及灵敏度,以及用LCD液晶显示器配合美妙的音乐进行显示。本文主要阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。该系统硬件结构简单、工作可靠,有良好的测量精度和灵敏度。 [关键字] 超声波测距 LCD液晶
前言 随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。这一设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用。本设计提供一种液晶显示测距装置,该装置利用了发射接收一体化的超声波传感器和微处理器。采用超声波传感器分时工作于发射和接收,利用声波在空气中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到超声波测距器之间的距离。 距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本文介绍的电路,成本低廉,性能可靠,所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,使测量精度提高,电路实现容易,无须调试,工作稳定可靠。
超声波测距系统设计
（一）题目 超声波测距系统设计 （二）内容及要求 1）设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。 功能：1）LCD液晶显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。 2）测量方式可通过硬件开关预置。 3）测量范围：30cm～200cm， 4）误差＜0.5cm。 5）其它。 2）设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图。（三）传感器工作原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 （四）系统框图 图1 超声波测距系统框图 （五）单元电路设计原理
1、AT89C2051的功能特点 AT89C2051是一个2k字节可编程EPROM的高性能微控制器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。AT89C2051有以下特点：2k字节EPROM、128字节RAM、15根I/O线、2 个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外，AT89C2051还支持二种软件可选的电源节电方式。空闲时，CPU停止，而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。可掉电保存RAM的内容，但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。 AT89C2051有2个16位计时/计数器寄存器Timer0t Timer1。作为一个定时器，每个机器周期寄存器增加1，这样寄存器即可计数机器周期。因为一个机器周期有12个振荡器周期，所以计数率是振荡器频率的1/12。作为一个计数器，该寄存器在相应的外部输入脚P3.4/T0和P3.5/T1上出现从1至0的变化时增1。由于需要二个机器周期来辨认一次1到0的变化，所以最大的计数率是振荡器频率的1/24，可以对外部的输入端P3.2/INT0和P3.3/INT1编程，便于测量脉冲宽度的门。 图2 ATC2051示意图 2、LCD的工作原理 在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列状态发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照控制信号的“指挥”便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能。 LCD器件是由背光源发射的光通过偏振片和液晶盒时，控制投