超声波报警器.

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1、绍兴文理学院电子信息工程专业传感器原理与应用课程设计报告设计题目： 超声波报警器 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信111 学 号： XXXXX 姓 名： XXXXX 同组人员： XXXX 指导老师： XXXXX 完成日期： 2015-1-6 电子线路课程设计说明书超声波报警器目录1 设计任务和性能指标11.1 设计任务11.2 性能指标12 设计方案12.1 需求分析12.2 方案论证13 系统硬件设计33.1 单片机33.2 超声波模块43.3 按键模块53.4 显示模块63.5 报警模块64 安装、调试/仿真、调试74.1 调试步骤74.2 实验测试结果/仿真结果及性能分析75 总结

2、86、参考文献8附录1 系统硬件电路图/仿真电路图9附录2 元器件清单9附录3 程序清单101 设计任务和性能指标1.1 设计任务1.设计并制作一个超声波报警器，当距离小于设定值时，发出警报信号。2.超声波报警器的报警距离可调。3.超声波报警器可显示实测距离和设定距离。1.2 性能指标1.测量最大距离达到2米。 2.测距误差小于5%。 3.反应时间小于0.5秒。 2 设计方案2.1 需求分析随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。 对于公路交通事故的分析表明，

3、80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1s意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。2.2 方案论证超声波的测距方案有三种，分别是相位的检测法、幅值的检测法和渡越时间法。1.相位的检测法相位的检测法可分2种，方法一是用发射不同频率超声波来显现的。先发射波长为的超声波，检测出回

4、波相位为 。假设所用的波周期数 ,则能求的目标物体的距离为： 同样道理可以算出第二束波形测距的计算公式为： 其中： 为第二束波的相位角， 是波长， 是周期数。又由于 和 都为正数,与此同时再一次进行时间补偿算法，可准确求目标距离值。但是因为超声波探头是有固定频率，假设改变频率，系统衰减会大，需要两套信号的检测电路，实施难度加大，不适宜采用。方法二是使用单一超声波的探头来进行相位的检测法检测，这种方法是待测距离在一个周期内使用，若过选用40kHz超声波为传播介质，一个周期对应检测距离为 ，因此这种方法的准确度很高。2.幅值的检测法发射固定频率的超声波，接着使用反射或对射法的检测接收得到的超声波脉

5、冲的强度，从超声波回波衰减理论，认真对回波脉冲强度的进行分析，从而求得目标距离。3.渡越时间法渡越时间意思是开始从传感器发射出超声波开始计时，经气体的介质传播，达到传感器接收到回波时计时的停止。因为在一定的环境下，温度不会变化，或变化较缓慢，可近似认为常数，这时声速是保持不变的，所以能通过检测渡越的时间，结合现场声速，从而求得传感器和目标之间的距离。经过上述的分析可知，相位的检测法和幅值的检测法精度都比较高，但是实现难度都比较大且开销也比较大，渡越时间法手环境因素影响，因而其精度不高，但其实现难度和开销较低。由于我们设计的超声波报警系统主要用于汽车防撞，因此对精度的要求并不是很高，因此综合考虑

6、了价格、难度等因素后选择了渡越时间法。3 系统硬件设计超声波报警器由超声波模块、单片机、显示模块及报警模块组成，其系统框图如下所示：图 1 系统框图下面将介绍各模块的功能并且给出各模块的硬件电路。3.1 单片机该模块是超声波报警系统的核心，需要接收按键模块和超声波模块的信息并对获得的信息进行处理，然后将数据传送到显示模块进行显示并控制报警系统。在该模块中选用了STC89C52单片机，其最小系统电路如下图所示：图 2 STC89C52单片机最小系统电路图3.2 超声波模块该模块实现将实现超声波的发送和接收，通过发送和接收时间差实现距离的测量。该模块采用了HC-SR04超声波测距模块，该模块的电路

7、图如下所示：图 3 HC-SR04超声波测距模块电路图3.3 按键模块该模块主要实现报警距离的设定，其电路图如下所示：图 4 按键模块电路图3.4 显示模块该模块主要实现测量距离的显示和测定离的显示，选用NOKIA5110液晶，其电路图如下所示：图 5 NOKIA5110液晶电路图3.5 报警模块 该模块主要实现报警功能，当实测距离小于设定距离时警醒报警，该模块电路图如下所示：图 6 报警模块电路图4 安装、调试/仿真、调试4.1 调试步骤1.STC89C52单片机最小系统焊接好之后，写入程序，通过IO口输出到底电平及复位按键测试是否能正常工作。2.利用单片机让NOKIA 5110液晶显示指定

8、内容，测试显示模块是否正常。3.将设定距离显示在NOKIA 5110液晶上，通过按键模块改变设定值，测试按键模块是否正常。4.利用单片机驱动报警模块，测试报警模块是否正常工作。5.将障碍物置于超声波发送接收头之前，改变其距离，测试超声波模块是否正常工作。4.2 实验测试结果/仿真结果及性能分析经过上述调试使各模块都能正常工作之后，NOKIA 5110液晶显示了测试距离和设定距离，并且设定距离课通过按键改变，改变之后的设定值也会时时显示在NOKIA 5110液晶上。当障碍物与超声波模块的距离小于设定值时，报警模块蜂鸣器会响起，当障碍物与超声波模块的距离大设定值时，报警模块蜂鸣器不会响起，其测距误

9、差小于5%，反应时间小于0.5秒，最大的测量距可达到2米。超声波报警系统实际工作图如下所示：图 7 超声波报警系统实际工作图5 总结 6、参考文献1 郁有文，常健，程继红传感器原理及工程应用(第三版)西安：西安电子科技大学出版社2003-072 陈杰、黄鸿著.传感器与检测技术北京：高等教育出版社2002-083 徐科军编.传感器与检测技术北京：电子工业出版社2008-02附录1 系统硬件电路图/仿真电路图附录2 元器件清单表 1 元器件清单类型规格/型号数量单片机STC89C521超声波测距模块HC-SR041电阻10K4电阻2K1电容（无极性）0.1uF3电容（有极性）10uF1晶振12M1

10、按键4三极管2N39061蜂鸣器5VDC1液晶NOKIA 51101附录3 程序清单#include reg51.h#include nokia5110.h#define u16 unsiged int#define u8 unsiged char#define GPIO_KEY P1#define CHECK 0#define MOD1 1#define MOD2 2#define MOD3 3sbit trig=P35;void Display();void deley10ms(u8 c);void deley10us();void SR40_Init();void TIM0_Init()

11、;void SR40_Start();void KeyValue(u8 value);u8 Key_Scan();u32 DATA_Handle(u32 *ptr);u32 sr_data;u32 set_number;u8 t=0,state=CHECK;u8 flash=1;void main()set_number=50;buzz=1;SR40_Init();TIM0_Init();LCD5110_Init();trig=0;buzz=1;LCD_write_english_string(1,0,The data is:);LCD_write_english_string(3,0,The

12、 set is:);while(1)KeyValue(Key_Scan();if(set_number500)set_number=20;void deley10ms(u8 c) /延迟10msu8 a,b;/-c已经在传递过来的时候已经赋值了，所以在for语句第一句就不用赋值了-/for (;c0;c-)for (b=38;b0;b-)for (a=130;a0;a-);void deley10us() /延迟10usu8 a;for(a=20; a0; a-);u8 Key_Scan()unsigned char keyValue = 0 , i; /保存键值/-检测按键1-/if (GP

13、IO_KEY& 0xf0) != 0xF0)/检测按键K1是否按下deley10ms(1);/消除抖动if (GPIO_KEY& 0xf0) != 0xF0)/再次检测按键是否按下keyValue = GPIO_KEY&0xf0;i = 0;while (i50) & (GPIO_KEY& 0xf0) != 0xF0) /检测按键是否松开deley10ms(1);i+; elsekeyValue=0xf0;return keyValue; /将读取到键值的值返回void KeyValue(u8 value)if(value=0xf0) return; if(state=CHECK)state=MOD1;elseswitch(state)case(MOD1) :switch(value)case(0xe0): state=CHECK; break;case(0xD0): state=MOD2; break;case(0xb0): set_number