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传感器课程设计
学生姓名：
叶琳
专
业：
自动化
学
号：
121141135
所属学院
:
航空自动化学院
二〇一四年十二月
目
录
1
、设计目的…………………………………………………………
2 <
/p>
2
、设计任务及要求…………………………………………………<
/p>
2
3
、超声波传感器模块………………
………………………………
2
3.1
、特点……………………………………………………………
2
3.2
、工作原理………………………………………………………
2
3.3
、实物图………………………………………………
…………
2
3.4
、电气参数………
………………………………………………
2
3.5
、超声波时序图…………………………………………………
3
4
、硬件电路分析……………………………………………………
3
4.1
、发射电路………………………………
………………………
4
4.2
、接收
电路………………………………………………………
4
4.3
、检测电路………………………………………………………
5
5
、程序设计…………………………………………………………
6
6
、思考问题………………………
…………………………………
6
7
、
课程设计感悟……………………………………………………
7
附录…………………………………………………………………
8
1
一、设计目的：
1
< br>）掌握超声波传感器测距的工作原理；
2
）了解超声波传感器的具体应用
3
）加深对电子电路方面知识的理解；
4
）掌握智能控制系统的设计方法，及
C
语言软件编程及调试方法；
5
）加强学生的实际动手能力，建立学生将课程内容与实际生活相结合的意识。
二、设计任务及要求：
1
）要求以
AT89C51
单片机为控制
器，
以超声波传感器模块为传感单元，
设计一
< br>个测距系统。
2
）系统根据所
测到的距离，
点亮不同的
LED
灯，<
/p>
要求当系统与障碍物的距离为
1m
时点亮
1
个
LED
灯
，
2m
时点亮
2
个
LED
灯，…，
5m
时点亮
5
个
LED
灯。
3
）当距离小于
0.5m
时驱动蜂鸣器报警，该系统不需要显示具体距离。
三、超声波传感器模块
1
、特点：
HC-SR04
超声波测距模块可提供
2cm-400cm
的非接触式距离感测功能，测
距精度可达高
到
3mm
；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
2
、工作原理：
基本工作原理：
(1)
采用
IO
口
TRIG
触发测距，给最少
10us
的高电平信呈。
(2)
模块自动发送
8
个
40khz
的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)
有信号返回，通过
IO
口
ECHO
输出一个高电平，高电平
持续的时间就
是超声
波从发射到返回
的时间。测试距离
=(
高电平时间
*<
/p>
声速
(340M/S))/2;
3
、实物图：
如右图接线，
VCC
供
5V
电源，
GND
为地线，
TRIG
触发控制信号输
入，
ECHO
回响信号输出
等四个接口端。
4
、电气参数：
2
5
、超声波时序图：
以上时序图表明你只需要提供一个
10uS
< br>以上脉冲触发信号，
该模块内部将发出
8
个
40kHz
周期电平并检测回波。
一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回
响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。
由此通过发射信号到收到的回响信号时
间间隔可以计算得到距离。公
式：
uS/58=
厘米或者
uS/14
8=
英寸；或是：距离
=
高电平时间<
/p>
*
声速（
340M/S
< br>）
/2
；建议测量周期为
60m
s
以上，以防止发射信号
对回响信号的影响。
四、硬件电路分析：
系统
硬件电路主要包括
3
个部分：发射电路、检测电路、显示电路。
系统整
体框图如下图所示。
发射电路采用单片机端口编程输出<
/p>
40KHz
左右的方波脉冲信
号，同时开
启内部定时器
T0
。单片机的输出端口一般驱动能力较弱，为增
大测
量距离可在发射电路上增加功率放大电路。
从接收传感器探
头传来的超声回波很
微弱（几十个
mV
级），又存在较强的噪声，所以必须增加放大电路和抑制噪声
电路。
3
1
、发射电路：
发射电路主要目的是抬高输入到发射探头的电压及功率。
单电源乙类互补对
称功率放大电路就有此功能。该电路如图所示：
2
、接收电路：
接收电路主要包括两部分：前置放大电路和带通滤波电路。
<
/p>
前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，
并抑制其他的
噪声和干
扰，从而达到最大信噪比。电路如图所示：
4
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