超声波传感器课程设计

2021年2月9日发(作者：playboy)

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

< p>
、超声波时序图…………………………………………………

3

< p>
4

、硬件电路分析……………………………………………………

< p>
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