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1、河南机电高等专科学校课程设计报告课程名称： 计算机控制技术 题 目：基于单片机的数字式超声波测距仪设计系部名称： 自动控制系 专业班级： 电气自动化技术姓 名： 学 号： 2014年12 月24日目录第一章 系统分析11.1 功能简介11.2 方案选择11.2.1超声波发射电路 1 1.2.2超声波接收电路3第二章 硬件电路设计62.1 系统总体框图62.2 各部分电路图62.2.1单片机电路62.2.2 超声波发射电路72.2.3 超声波接收电路72.2.4 LCD液晶显示电路8第三章 软件设计93.1 主程序流程图93.2 各主要功能子程序流程图9第四章 总结114.1 设计中的优缺点11
2、4.1.1优点114.1.2缺点114.2 系统性能分析11参考文献12计算机控制技术课程设计第一章 系统分析1.1 功能简介超声波测距的原理为超声波发生器T在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：d=s/2=(ct)/2 其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声
3、波反射波时，接收电路输出端产生一个跳变信号，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。1.2 方案选择1.2.1超声波发射电路 （1）分立元件构成的发射电路图1-2-1分立元件构成的超声波发射电路图1-2-1是由两只普通低频小功率三极管C9013构成的振荡、驱动电路，三极管T1、T2构成两级放大器，但是由于超声波发射头的正反馈作用，这个原本是放大器的电路变成了振荡器。超声波发射器的压电晶片可等效于一个串联LC谐振电路，具有选频作用，因此该振荡器只能振荡在超声波发射头的固有谐振频率0f。第二个图中用电感L替代3R这样可以增大
4、激励电压，使其具有较大的功率输出。（2）由集成电路构成的发射电路图1-2-2 555构成的超声波发射电路图1-2-2为由555集成芯片构成的振荡、调制、激励电路。该电路应使用双极型555（内部电路由普通三极管构成），不宜使用单极型7555（内部电路由CMOS电路构成，外部引脚与555相同），其原因是7555带负载能力小。（3）超声波接收电路图1-2-3 由非门构成的超声波发射电路图1-2-3是由非门构成的一个振荡器发送电路，用非门构成的电路简单，调试容易。很容易通过软件控制。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。1.2.2超声波接收电路（1）由分立元件构成的
5、接收电路图1-2-4分立元件构成的超声波接收电路图1-2-4为由三极管T1,T2和若干电阻电容组成的两级阻容耦合交流放大电路。第一级中3R为集电极负载电阻；2R为偏流电阻，同时引入了交直流并联电压负反馈，可以较有效的稳定静态工作点，改善非线性失真以及增益的稳定性；4R是发射极负反馈电阻，引入直、交流串联电流负反馈，具有稳定工作点、增益、改善失真、提高输入阻抗等作用。（2）由运算放大器构成的接收电路图1-2-5运放构成的超声波接收电路图1-2-5是由运放构成的超声波放大电路，该电路的形式在其他应用中经常遇到，特点如下：1）一般式用运放组成的放大电路都要求对称的正负电源供电，这里以单电源供电，输出
6、端的静态电位必须设置在1/2的电源电压，这由同相输入端的点位来确定，1R和2R分压取得1/2的电源电压加到运放的同相输入端，使其电位1/2电源电压。2）采用同相端输入方式其输入阻抗高，超声波接收传感器的输出信号接到放大器的同相端，有利于超声波传感器充分发挥接收灵敏度和自生的选频作用。3）反相端对地不提供直流通路，因此通过隔直电容2C提供直流通（3)LM1812收发集成电路构成LM1812是一种专用于超声波接收和发送的集成电路，它即可做发送电路，又可以做接收电路使用。如下图所示：图1-2-6由LM1812构成的接收电路(4)CX20106构成的接收电路图1-2-7 CX20106构成的接收电路以
7、上为常用的发射和接收电路，分立元件构成的收发电路容易受到外界的干扰，体积、功耗也比较大。而集成电路构成的发射和接收电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以首先考虑采用集成电路来组成收发电路。在由集成电路构成的收发电路中，发射电路我们选用由非门构成，接收电路采用由红外接收检波芯片CX20106构成，主要是考虑到系统的调试简单、成本低、可靠性好。第二章 硬件电路设计2.1 系统总体框图图2-1系统总体框2.2 各部分电路图2.2.1单片机电路图2-2-1最小系统2.2.2 超声波发射电路图2-2-2超声波发射电路2.2.3 超声波接收电路图2-2-3超声波接收电路2.2
8、.4 LCD液晶显示电路图2-2-4 1602液晶显示模块第三章 软件设计3.1 主程序流程图图3-1-1 系统流程图3.2 各主要功能子程序流程图图3-2-1定时中断服务子程序图3-2-2外部中断服务子程序第四章 总结4.1 设计中的优缺点4.1.1优点超声波测距仪在使用过程中不受光照度，电磁场，色彩等因素影响。结构简单，成本低。在机器人避位和定位，汽车倒车，水库液位测量等很多方面都有广泛的实际应用。4.1.2缺点由于温度影响超声波在空气中的传播速度，超声波回波很难精确捕捉到，至使超声波在空中的传播时间很难精确测量到。这些因素使得超声波测距地精度和范围受到影响。4.2 系统性能分析测距仪在进
9、行长距离测距时精度会降低，发射的脉冲数应选择合适，脉冲个数多时，发射换能器可以克服其震动惯量而获得充分的振动，其它声波模式影响较小，发射的超声脉冲能量大；但此时测距的盲区也大（是指可以测量的最小距离），一般选择有8个脉冲组成，电路在六米的测量结果，幅值较小，功率管发热发热严重，这说明功率消耗过大。改善了换能器与功放间的阻抗匹配转换效率明显提高。经过严格的调试，是个参数都得到优化，电路控制方便，性能表现良好，实现了大范围的超声测距，使用脉冲回波测量距离，考虑温度对回波速度的影响，回波检测对超声传播时间的影响，超声测距可以提高。11计算机控制技术课程设计参考文献（1） 计算机控制技术 主编 刘福荣 中国水利水电出版社（2） 新概念51单片机C语言教程入门，提高，开发，拓展全攻略 郭天祥 电子工业出版社（3） 单片机C程序设计实例 李光飞 北京航空航天大学出版社（4） 单片机控制工程实践技术 付家才 北京化学工业出出版社
