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超聲波測距實訓(xùn) 總結(jié)報告 專業(yè)： 電子信息工程 班級： 信息091 姓名： 鄭干恒（15） 何清華（43） 指導(dǎo)教師： 鄔志鋒 日期： 2012.6. 19 廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通信息學(xué)院 摘要 超聲波測距技術(shù)在當(dāng)今社會生活中已有很廣泛的應(yīng)用，本報告在了解超聲波測距原理的基礎(chǔ)上，完成了基于時差測距原理的一種超聲波測距系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，其中的控制芯片是STC89C52RC系列單片機。報告著重介紹了STC89C52RC與超聲波測距模塊組成的超聲波測距系統(tǒng)的組成原理以及應(yīng)用，另外也介紹了LCD顯示等模組的應(yīng)用。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)于小距離測距、機器人檢測、車輛倒車雷達以及家居安防系統(tǒng)等應(yīng)用方案。最后實際使用表明能實現(xiàn)基本測量。 【關(guān)鍵詞】STC89C52RC 超聲波 距離測量 一、設(shè)計背景 本次設(shè)計的是以STC89C52RC單片機為核心的微型化數(shù)字顯示超聲波距離測量儀。 二、 設(shè)計任務(wù)要求 1、 實現(xiàn)對目標距離非接觸性測量 2、 實現(xiàn)測量距離的顯示 三、超聲波測距簡介 超聲波測距原理：超聲波具有方向性好，在介質(zhì)中傳播能量消耗緩慢，且其速度遠小于光速等特點，因而超聲波可用于距離測定。超聲波測距的基本思想是，通過測量從超聲波發(fā)射到接受到反射回波的時間間隔來計算距離。 四、系統(tǒng)工作原理框圖 單 片 機 控 制 超聲波發(fā)送 發(fā)送 障礙物 液晶顯示 超聲波接收 圖1 超聲波測距系統(tǒng)原理框圖 五、超聲波測距的實現(xiàn)方法 總體介紹： 規(guī)格：10cm*10cm 實圖： 功能簡介 增加5cm報警距離 發(fā)射信號 超聲波發(fā)射 超聲波接收 復(fù)位鍵 減少5cm報警距離 液晶顯示 蜂鳴器 下載端口 電源開關(guān) 停止信號發(fā)射 圖2 實物圖展示 5.1硬件實現(xiàn)方法 硬件電路主要分為單片機系統(tǒng)、顯示及發(fā)聲電路、矩陣鍵盤電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路五部分。 5.1.1超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3所示，發(fā)射電路主要由反向器（74LS04）和超聲波換能器構(gòu)成。單片機P31口輸出的40KHZ方波信號經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上拉電阻R9和R10一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。 圖3 超聲波發(fā)射電路 5.1.2超聲波接收電路 超聲波接收電路原理圖如圖4所示。集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測距的超聲波頻率40KHZ較為接近，可以利用它制作超聲波接收電路。 圖4 超聲波接收電路 5.1.3單片機系統(tǒng) 測距系統(tǒng)以單片機STC89C52RC為核心，采用24MHZ晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P31端口輸出超聲波換能器所需的40KHZ方波信號，利用外中斷0監(jiān)測超聲波接收電路的返回信號。單片機系統(tǒng)電路如圖5所示。 圖5 單片機最小系統(tǒng) 5.1.4顯示、發(fā)聲電路 顯示電路采用LCD1602液晶。發(fā)聲電路采用蜂鳴器HXD。如圖6 所示。 圖6顯示、發(fā)聲電路 錯誤！未找到目錄項。由于本系統(tǒng)所需要用到的按鍵比較少，所以采用獨立式鍵盤電路 圖7矩陣鍵盤電路 5.2軟件實現(xiàn)方法 5.2.1 測距算法 超聲波測距電路的程序設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。 測量過程：超聲波發(fā)生器發(fā)射出一系列超聲波后，碰到反射物返回，然后接收器接收到發(fā)射波后送往CX20106A進行檢波，產(chǎn)生外部中斷，單片機通過計算前后時間差即可算出距離。假設(shè)環(huán)境溫度為25C，此時聲速為V=346m/s，由此可以推出距離S： S = v*△t /2 △t=(TH0*256+TL0)/ (fosc/12) 既得， S=V*(TH0*256+TL0)/ (fosc/12)/2 說明：THO，TLO為產(chǎn)生外部中斷時的當(dāng)前值, fosc為我們采用的晶振頻率（24MHZ）,通過上式可以求出距離S（m）。 5.2．2 主程序流程圖 開 始 系統(tǒng)初始化 發(fā)送超聲波脈沖 接收反射信號觸發(fā)中斷 計算距離 顯示結(jié)果 圖5 主程序流程圖 說明：T0用于計算超聲波的傳播時間，工作在方式1，16位計數(shù)器，約32.5ms溢出一次，T1用于發(fā)射超聲波，工作在方式2,8位重裝載計數(shù)器，初值為0xe7，即每12.5us取反一次，產(chǎn)生40KHZ方波。T1以查詢方式發(fā)射超聲波，當(dāng)定時器T0中斷產(chǎn)生時，在中斷處理程序中讀取T1當(dāng)前的計數(shù)值，因為晶振頻率為24mhz，所以每計數(shù)一次用時0.5us，所以可以得到從超聲波發(fā)送到反射回來的時間，進而可以通過計算得到距離。 六、 系統(tǒng)測試與誤差分析 實際(cm) 1 2 3 4 10 40 60 80 100 110 120 130 測量(cm) 3 3 4 4 10 40 60 80 99 110 120 129 誤差(cm) 2 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 經(jīng)過測試得該系統(tǒng)的測距誤差大約為1cm，測量盲區(qū)為0-—4cm，最大有效范圍250cm 七、 參考文獻 《單片機C語言應(yīng)用100例》 王東峰 王會良 懂冠強 編著 電子工業(yè)出版社 《單片機實訓(xùn)指導(dǎo)書》 鄔志鋒 香永輝 編著 廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 《Altium Designer 快速入門》 余向民 主編 北京航空航天大學(xué)出版社 實訓(xùn)心得 這次親手做出超聲波測距器，再用自己做的超聲波測距行距離的測量，不僅能判斷數(shù)據(jù)的正誤，而且對其測距的原理非常的清楚，掌握了怎樣把距離變?yōu)樾盘栐俦硎境鰜淼霓D(zhuǎn)換思想。在做超聲波測距器的過程中，我們小組成員分工明確，各有所職，從剛開始找資料，分析資料講的超聲波測距原理，到大家確定方案，再到準備材料單，畫出電路圖，做出電路板，到焊接電路，和最后的調(diào)試電路，使其能夠顯示出數(shù)據(jù)，和盡可能的準確測出數(shù)據(jù)。在這個過程中，大家也碰到了些小麻煩，比如說，第一次制作好電路板的時候，我們的系統(tǒng)根本無法工作，無法下載程序，經(jīng)過我們的細心查找，終于發(fā)現(xiàn)了一個重大的錯誤——我們的原理圖上，原本應(yīng)該接地的一個端口被接上了電源，導(dǎo)致晶振無法起振；并且在實際焊接電路板時有一個排阻也接反了。發(fā)現(xiàn)了這些錯誤后我們毅然決定重新再做一塊電路板。第二塊電路板做出來后，我們的板子已經(jīng)能下載程序了。但是我們在接下來編寫程序的工作中又遇到了一個難題：我們把在軟件上調(diào)試好的程序下載到單片機系統(tǒng)中，但是卻沒能實現(xiàn)測距的功能，在多次反復(fù)檢查硬件后，我們一致認為是超聲波模塊出現(xiàn)了故障，最后我們又到電協(xié)用示波器測試超聲波的發(fā)射端，示波器顯示我們的超聲波發(fā)射電路工作正常，于是我們才確定了是超聲波的接收電路出現(xiàn)故障。最后通過各種嘗試及對發(fā)射電路的排查，我們終于找到超聲波接收電路的故障所在，就是有一個電阻的阻值太大，我們換了阻值小的電阻后，終于實現(xiàn)了系統(tǒng)的測距功能，測距顯示成功之后，還有一個問題就是測距不是那么準確，我們又對程序進行了多次改進，使我們的超聲波測距系統(tǒng)測出的距離精確度大大提高了。 通過這次制作超聲波測距，我們收獲的，不僅僅是那些有關(guān)超聲波、電子制作等的知識，更重要的是讓我們明白到很多時候，大膽的猜測和勇敢地嘗試，往往會得到意想不到的收獲，心動不如行動，親自動手付出的一份一份勞動，才能累積足夠的高度去成為去抓住夢想的階梯。