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基于超声波的自动测距系统设计
&&本文介绍利用AT89C51单片机设计的一种用于倒车雷达的超声波自动测距系统,提醒驾驶员在倒车时有效的避开可能对倒车造成危害的障碍物和行人,从而有效避免由于倒车造成的汽车碰撞或擦伤的经济损失和人身安全问题,具有较强的实用性。
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基于AT89C51单片机的超声波测距仪的设计
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基于51单片机超声波测距仪
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Abstract With the rapid development of science and technology the scope of application of ultrasound in the production and everyday life is wider At present what is the most common to our life in the application of ultrasound is the distance measurement Ultrasonic distance measurement is mainly used in reversing reminder construction sites industrial sites and other distance measurement This paper designed a ultrasonic range finder based on STC89C51 the instrument treats the speed of ultrasonic propagation in the air as the known conditions using the reflected ultrasonic measurement testing distance This design uses ultrasonic sensor HC-SR04 emission ultrasonic and receiving the echo statistics ultrasonic transmission time using the STC89C51 as the control core Combined with the collected temperature information which will be the speed ofsound corresponding compensation And calculate the distance Finally the measured distance information will be displayed by 4 digital tube According to the result this design reach the expected requirements the ultrasonic range finder based on the STC89C51 can be achieved Key words STC89C51 ultrasonic sensor DS18B20 前言 实际生产生活中人们往往需要对物体间的距离进行精确测量本 论文设计了一个可以实时看到距离的超声波测距仪测距精度为 2cm 最远距离可以达到 2m 本设计的测距仪分为多个模块超声波传感器模块温度测量模块 微处理器模块和数码管显示模块超声波传感器中的发射电路模块发 出超声波遇到障碍物返回并被接收电路模块接收到单片机统计出声 波传输所用时间结合温度传感器所测温度计算出实时的声速并得到 正确的待测距离最后通过数码管模块将待测距离显示出来 以下为章节安排 第一章提出了本论文的背景和选题意义国内外超声波测距仪的 发展现状以及本设计研究的主要内容 第二章总体设计包括系统框图和设计要求 第三章本设计的硬件部分包括超声波传感器电路模块温度传感 器模块微处理器模块和数码管显示电路模块第四章本设计的软件部分包括系统软件的设计流程图 DS18B20 驱动模块数码管显示和声速的计算 第五章总结分析 第一章 绪论 11 选题背景与意义 超声波可用于非接触测量具有不受光电磁波以及粉尘等外界因 素的干扰的优点利用超声波在和之间的传输来测量距离对被测目标 无损害而且超声波传播速度在大范围内与频率无关超声波的这些独 特优点越来越受到人们的重视 目前对于超声波精确测距的需求也越 来越大油库和水箱液面的精确测量和控制物体内气孔大小的检测和 机械内部损伤的检测等在机械制造电子冶金航海宇航石油化工等工 业领域也有广泛地应用此外在材料科学医学生物科学等领域中也占 具重要地位 12 研究现状 国内从五十年代起对超声波测距进行了较多的研究并取得了可 喜的成果近年来得益于电子技术的快速发展尤其是单片微机技术的 应用和扩展使得原来复杂的超声物位测量仪的设计有了大幅简化的 可能如采用 zilog 公司 Z86E08 单片机控制的超声波测距数显装置以 8098 单片机为核心的智能物位测量仪等从而使得超声物位测量仪的 应用得到更多的普及 近十年来国内外科研人员在超声波回波信号处理方法新型超声 波换能器研发超声波发射脉冲选取等方面进行了大量理论分析和研 究并针对超声测距的常见影响因素提出了温度补偿接收回来串入自动增益调节环节等提高超声波测距精度的措施 本文针对国内外超声波测距研究开发的状况研制了一种低成本 精度较高的基于 STC89C51 单片机的超声波测距仪 13 研究内容 该超声波测距仪中的超声波传感器 HC-SR04 中的发射电路模块 发出超声波遇到障碍物返回并被接收电路模块接收到 STC89C51 单片 机统计出声波传输所用时间结合温度传感器 DS18B20 所测温度计算 出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过数码管模块将待测距 离显示出来该超声波测距仪的设计要求如下 1 设计制作超声波发射和接收电路 2 设计制作单片机系统带有数码管显示电路 3 编写单片机程序计算和显示距离 第二章 总体设计 21 系统框图 本设计超声波传感器使用 HC-SR04 温度传感器使用 DS18B20 微处理器使用 STC89C51 单片机显示部分采用共阳数码管超声波传感 器 HC-SR04 中集成的发射电路模块发出超声波遇到障碍物返回最后 被接收电路模块接收 STC89C51 单片机统计出声波传输所用时间结合 温度传感器 DS18B20 所测温度计算出实时的声速并得到正确的待测 距离最后通过 4 个共阳数码管将待测距离显示出来 图 21 系统基本框图 22 使用元件选择由于测量距离的精度和长度要求不是很高精度达到 2cm 测量距 离达到 2m 即可因此超声波传感器选用价格低廉且实用的 HC-SR04 即 可 控制核心部分选择实用的 STC89C51 单片机即可满足计算和控制 要求 用于温度补偿的温度传感器选择普遍且实用的 DS18B20 因为显示只需要将距离显示出来就可以了所以显示部分选择了 四只共阳数码管 第三章 系统硬件设计 该超声波测距系统硬件设计包括以下模块超声波传感器电 路模块微处理器模块温度传感器模块和数码管显示电路模块 31 超声波传感器电路模块 HC-SR04 超声波传感器模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感 测功能测距精度可高达 3mm 模块包括超声波发射器接收器与控制电 路 maxbook118com HC-SR04 实物图 图 31 HC-SR04 超声波模块实物图 maxbook118com HC-SR04 的主要技术参数 所用工作电压直流 5V 电压 工作静态电流小于 2mA 电平输出高电平为 5V 低电平为 0V 感应角度不大于 15 度探测距离及精度 2cm-450cm 高精度可达 3mm maxbook118com HC-SR04 内部结构与工作原理 图 31 HC-SR04 发射电路图 图 32 HC-SR04 接收电路图 该超声波传感器的内部结构及电路工作原理如图所示该传感器 主要包括两大部分发射电路和接收电路采用 IO 触发测距给至少 10us 的高电平信号模块自动发送 8 个 40kHz 的方波并自动检测是否有信号 返回当接收到回波时通过 IO 输出一高电平高电平持续的时间 t 就是 超声波从发射到返回的时间测试距离 s tv 2v 是超声波在空气中传 播的速度 maxbook118com 发射电路的设计 超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片 40kHz 的晶振和 MAX232 芯片构成单片机给方波发生芯片触发信号后方波发生芯片开 始工作产生 40kHz 的方波信号电平转换芯片 MAX232 将 TTL 电平转换 成可以驱动振荡器的高电压进而产生所需的 40kHz 的超声波 maxbook118com 接收电路的设计 本设计中选用的 TL740C 芯片采用了前置放大电路带通滤波电路 后级放大电路将接收到的波形经过整形积分检波滤波和限幅放大等 实现接收超声波的功能 当距离较远时回波信号会非常微弱转换后的信号电平幅值很小 故要经过若干级放大使输出功率达到一定要求并且为了防止信号出现较大的失真接收电路可以保证有 4MHz 的带宽放大后的交流信号送 入比较器后输出一个方波信号并使触发器触发向 CPU 发出中断请求 在中断服务程序中读取计数器的计数值结合温度补偿后的声速计算 出测距仪距离障碍物的距离 32 温度传感器模块 maxbook118com DS18B20 实物图与引脚定义 图 33 DS18B20 实物图 DS18B20 各引脚描述 管脚号 符号 功 能 输入输出 3 VDD 1 GND 电源地 2 DQ 数 据电源可选表 31 DS18B20 管脚描述 DS18B20 数字温度计以 9 位数字量的形式反映器件的温度值通过 一根单线接口发送和接收信息因此在单片机和 DS18B20 之间仅需一 条连接线加上地线用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获 得无需外部电源 maxbook118com DS18B20 的主要特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗 测温范围-55℃～125℃华氏器件-67H～257H以 09H递增温度以 9 位数字量读出 温度数字量转换时间 200ms 典型值 用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器 件 应用包括温度控制工业系统消费品温度计或任何热感测系统 maxbook118com DS18B20 的工作原理 图 34 DS18B20 测温原理 DS18B20 测温原理如图 34 所示图中低温度系数晶振的振荡频率 受温度影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1 高温度 系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入计数器 1 和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基 数值计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计 数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1 计数器 1 的预置将重 新被装入计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行 计数如此循环直到计数器 2 计数到 0 时停止温度寄存器值的累加此时 温度寄存器中的数值即为所测温度 33 数码管显示模块 maxbook118com 七段数码管的结构与工作原理 七段数码管一般由 8 个发光二极管组成其中由 7 个细长的发光二 极管组成数字显示另外一个圆形的发光二极管显示小数点 当发光二极管导通时相应的一个点或一个笔画发光控制相应的二极管导通就能显示出各种字符其控制简单使用非常方便发光二极 管的阳极连在一起的称为共阳极数码管阴极连在一起的称为共阴极 数码管 图 34 7 段数码管内部字段 LED 和引脚分布 maxbook118com 七段数码管的驱动和显示方法 发光二极管 LED 是一种由砷化镓等半导体材料制成的能直接将 电能转变成光能的发光显示器件当期内部有电流通过时就会发光 图 35 数码管显示电路 34 STC 单片机最小系统模块 maxbook118com STC89C51 单片机最小系统 STC89C51 单 片 机 是 一 种 高 性 能 低 功 耗 8 位 单 片 机 片 内 含 64kbytes 只读存储器它的的最小系统由时钟电路复位电路电源电路 及单片机构成单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时 间基准复位操作则使单片机的片内电路初始化使单片机从一种确定 的初态开始运行 12MHz 与两个 30pF 的电容组成振荡电路为系统提供准确的时钟 信号复位电路接在 RESET 口开关打开时 RESET 口为高电平开关闭合时 RESET 口变为低电平就产生复位 图 35 STC89C51 时钟电路与复位电路 maxbook118com STC89C51 单片机的主要特性 增强型流水线精简指令集结构 8051CPU 工作电压 34V55V 5V 单片机 20V38V 3V 单毕业设计-基于单片机的超声波倒车雷达系统设计下载_电子电工_论文_学海网
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毕业设计-基于单片机的超声波倒车雷达系统设计
本科毕业设计-基于单片机的超声波倒车雷达系统设计，共28页。共15780个字符数，附任务书、开题报告、答辩PPT、外文翻译
外文翻译 Ultrasonic Wave Propagation Review（超声波传播简介）中文版共1755个字符数（不计空格）。
设计并制作一个超声波倒车雷达监测报警系统，倒车时距离有显示，且距离小于某些设定值时有蜂鸣器报警或立即停止的灯光警告信息。
1．基本要求
（1）系统最大测量距离是6m，精确度是1cm
（2）若车距小于1m，则在显示所测量的距离的同时输出一个高电平使蜂鸣器报警
（3）车距小于0.5 m，则在显示所测量的距离的同时输出一个紧急仃止的灯光警告信息。
摘要：近年来,随着汽车普及率的增加，交通事故的数量也在逐年增长，其中以倒车引起的事故数量居多。驾驶员在拥挤和狭窄的街道上倒车，稍不小心就会发生追尾。因此，增加汽车的后视能力，研制无接触式测量汽车后部障碍物距离的倒车雷达系统成为这几年的研究热点。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波测距原理实现测量的倒车雷达系统。该系统工作时，超声波发射器发出系列的超声波，碰到障碍物时返回，由接收电路接收，同时得出时间差，由信号处理装置对接收的信号进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。本文介绍一种以AT89C51单片机为核心，采用超声波测距原理的设计，阐述了倒车雷达系统的构成、工作原理和设计方法，该系统具有可靠性好、精度高、易于控制和成本低等优点。
关键字：AT89C51，超声波，倒车雷达
The design of ultrasonic reversing radar system based on MCU
Abstract:In recent years,as the penetration rate of cars rises,the number of traffic accidents has also increased with the cause of reversing cars possessing more.Cars will be rear-ended with careless when in such crowded and narrow places. Therefore, increasing the ability of motor vehicles to detect the distances between cars and obstacles without touching on the reversing radar system has become a research hot spot these years.Thus,designing a reversing radar system with MCU as the core that is based on the theory of ultrasonic measurement.Ultrasonic emitter of this system emits a series of ultrasonic waves while working,the waves will be returned if there is obstacles,received by the receiver and know the time difference simultaneously.There is a device to process the received signals so that the distance between the cars and obstacles can be measured automatically.The article presents a kind of method that use the MCU AT89C51 as the core and the principle of ultrasonic ranging,and describes the components,working theory and the way of design of reversing radar system.The system has advantages of excellent reliability,high precision,easy control and low price.
Key words:AT89C51,ultrasonic wave,reversing radar
摘要　………Ⅰ
Abstract …Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1 设计的意义和要求 ……1
1.2 超声波倒车雷达的发展现状 ……1
第二章 超声波测距 …3
2.1 超声波测距原理 ………3
2.2 影响精度的因素分析 …3
2.3 超声波传感器原理及结构 ………4
2.4 测量盲区 ……5
第三章 硬件设计 ……6
3.1 系统硬件总体结构 ……6
3.2 超声波发射电路 ………6
3.3 超声波接收电路 ………7
3.4 单片机主机系统电路 …8
3.4.1 复位电路 9
3.4.2 按键电路 9
3.4.3 LCD显示电路 ……9
3.4.4 LED灯光报警电路 10
3.4.5 蜂鸣器电路 ………10
3.4.6 温度采集电路 ……11
第四章 系统软件设计 12
4.1 系统主程序 …12
4.2 超声波发射电路子程序 13
4.3 超声波接收和处理 ……13
4.4 温度采集电路子程序 …13
4.5 数据转换程序 13
4.6 LCD显示程序 14
4.7 声光报警程序 14
第五章 总结 15
附录16
参考文献 …23
资料文件预览
共1文件夹，6个文件，文件总大小：1.96MB，压缩后大小：1.43MB
毕业设计-基于单片机的超声波倒车雷达系统设计
任务书.doc&&[113.50KB]
原文.doc&&[195.50KB]
外文翻译.wps&&[98.00KB]
开题报告.doc&&[97.00KB]
毕业设计论文.doc&&[1.22MB]
答辩PPT.ppt&&[255.50KB]
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