单片机项目--基于51单片机的超声波测距仪的设计.doc

摘要 由于本课程是开放性的课程，很多东西靠我们自己去查资料进行了解，在实验的过程中我们遇到过很多的问题，实验经过多次繁琐的调试，才能达到预期的效果。同时我们也是在解决问题的过程中学到了许多平常接触不到的知识，了解和掌握了很多的调试方法和技巧。 通过实验，初步超声波将在中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域超声波作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求无庸置疑，未来的超声波将与自动化智能化接轨，与其他的集成和融合，形成多。老师的引导，了如何对成果的分析与总结，分组进行团队实验，利于激发参与热情促进学员间相互了解、认识，为培养团队协作能力的建立打下基础；为行工作做好一定的基础。测距仪 超声波测距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。20KHz时称之为超声波。与光波不同，超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。因为电磁波的传播速度为m/ s，而超声波在空气中的传播速度为340m / s，其速度相对电磁波是非常慢的。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 超声波测距测距仪 温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386 1.2 超声波测距仪原理框图如下 用555记时IC作为频率发生器发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。 图 超声波测距仪原理框图 课程的方案设计与论证 2.1 总体设计方案 用555记时IC作为频率发生器发出40kHZ的信号的方波，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、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。 2.2系统整体方案的论证（两种常用的超声波测距方案的比较） 2.2.1 基于单片机的超声波测距系统 基于单片机的超声波测距系统,是利用频率为 40kHz的方波,经过发射驱动电路放大,使超声波传感器发射端震荡,发射超声波.超声波经反射物反射回来后,由传感器接收端接收,再经接收电路放大,整形, 单片机响应，读取时间差,计算距离,结果输出给 LED 显示。 利用单片机准确计时,测距精度高,而且单片机控制方便,计算简单. 许多超声波测距系统都采用这种设计方法. 2.2.2 基于 CPLD 的超声波测距系统 这种测距系统采用 CPLD(Complex Programmable Logic Device)器件,运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) 编写程序,使用 MAX+plusII 软件进行软硬件设计的仿真和调试,最终实现测距 功能. 利用 CPLD 器件控制超声波的发射,并对超声波发射至接收的往返时间进行计数,将计算结果在 LED 上显示出来.配合使用 MAX+plusII 开发软件, 可集设计输入, 设计处理, 设计校验和器件编程于一体, 集成度高, 开发周期短. 本系统采用先进的CPLD 器件,性能高,成本高 集成度高,开发难度大。（不建议采用） 系统的硬件结构设计 3.1 发射电路的设计 用由555记时IC作为频率发生器发出40kHZ 的方波需要进行放大, 才能驱动超声波传感器发射超声波,发射驱动电路其实就是一个信号放大电路,本课题所选用的是 4069 集成芯片。 下图为发射电路图. 4069内部集成了六个反向器,同时具有放大的功能 . 3.2 接收电路的设计 超声波接收头接收到超声波后,转换为电信号,此时的信号比较弱,必需经过放大.本系统采用了 LF347 对接收到的信号进行放大, 接收放大电路如图示. 超声波探头接收到超声波后,通过声电转换,产生一正弦信号,其频率约为传感器的中心频率,即 40kHz.该信号通过高通滤波后经 LF347 放大,最后经二极管整形后输出到单片机中断口. LF347是一