文档介绍：基于51单片机的超声波测距系统
目录
一、设计任务和性能指标 3
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二、超声波测距原理概述 4
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超声波发生器 5
压电式超声波发生器原理 5
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三、设计方案 6
AT89C2051单片机 7
超声波测距系统构成 8
超声波测距单片机系统 9
图3-1:超声波测距单片机系统 9
超声波发射、接收电路 9
图3-1:超声波测距发送接收单元 10
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主程序设计 11
超声波测距子程序 12
超声波测距程序流程图 13
超声波测距程子序流程图 14
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性能分析 15
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参考文献 16
附录一超声波测系统原理图 18
附录二超声波测系统原理图安装图 19
附录三超声波测系统原理图PCB图 20
附录四超声波测系统原理图C语言原程序 21
参考文献 26
一、设计任务和性能指标
利用单片机及外围接口电路(键盘接口和显示接口电路)设计制作一个超声波测距仪器,用LED数码管把测距仪距测出的距离显示出来。
要求用Protel 画出系统的电路原理图,印刷电路板,绘出程序流程图,并给出程序清单。
距离显示:用三位LED数码管进行显示(单位是CM)。
测距范围:25CM到 250CM之间。误差:1%。
二、超声波测距原理概述
超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播。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。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比,如电磁的或光学的方法,它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距,由于空气中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来,具有很高的分辨力,因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。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。
超声波测距的方法有多种,本超声波测中系统的原理为: 检测出从超声波发射器发出的超声波,经气体介质的传播到接收器的时间,将这个时间与气体中的声速相乘,就是声波传输的距离。超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时单片机开始计时,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停止计时。超声波在空气中的传播速度随温度变化,其对应值如表2-1 ,根据计时器记录的时间t (见图2-1),就可以计算出发射点距障碍物的距离( s ) ,即: s = v t / 2 。
表2-1 声速与温度的关系
温度(℃)
-30
-20
-10
0
10
20
30
100
声速(m/s)
313
319
325
323
338
344
349
386
图2-1 超声波测距时序图
超声波发生器
为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲,超声波发生器可以分为两大类: 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。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、液哨和气流旋笛等。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。目前较为常用的是压电式超声波发生器。
压电式超声波发生器原理
压电型超声波传感器的工作原理:它是利用压电效应的原理,压电效应有逆效应和顺效应,超声波传感器是可逆元件,超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。所谓压电逆效应如图2-2所示,是在压电元件上施加电压,元件就变形,即称应变。若在图a所示的已极化的压电陶瓷上施加如图b所示极性的电压,外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥,同时,外部负电荷与极化负电荷相斥。由于相斥的作用,压电陶瓷在厚度方向上缩短,在长度方向上伸长。若外部施加的极性变反,如图c所示那样,压电陶瓷在厚度方向上伸长,在长度方向上缩短。
图2-2压电逆效应图
单片机AT89C51发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波