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超声波测距仪的设计

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-09 07:59
tags:

-

2021年2月9日发(作者:春笋)


题目:超声波测距仪的设计



超声波测距仪的设计



一、设计目的







51


单片机为主控制器,利用超声波模块



HC-SR04


,设计出一套可


< /p>


在数码管


上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。



通过该设计的制作,更为深入的了解



51


的工作原理,特别是



51


的中



断系统及


定时器



/


计数器的应用;



掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波



传感器测距的原理及


方法,学会搭建



51


的最小系统及一些简单外围电路




LED


显示电路




。从中提高电


路的实际设计、焊接、检错、排错能力,并



学会仿真及软件调试的基本方法。



二、设计要求





设计一个超声波测距仪。要求:



1.


能在数码管上实时显示障碍物的实际距离;



2.


所测距离大于


2cm

< p>
小于


300cm,


精度


2 mm




三、设计器材:



STC89C52RC


单片机



HC-SR04


超声波模块



SM410561D3B


四位的共阳数码管



9014


三极管(



4




按键(


1




电容(



30PF2


,


10UF1




排阻(


10K



,

< br>万用板,电烙铁,万用表,


5V


直流稳压电源,镊子,钳 子,




导线及焊锡若干,电阻(


200



5


)。< /p>



四、设计原理及设计方案:



(一)超声波测距原理



超声测距仪是 根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。



超声



波发射器向某一方向发射超声波 ,在发射同时开始计时,超声波在空气中传



播,途中碰到


障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即中断停



止计时。通过不断检测产生


波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而 测出



发射超声波和接收到回波的时间差



T ,


然后


求出距离


L

。基本的测距公式为:



L=





t/2



*C


式中


L


――要测的距离



T


――发射波和反射波之间的时间间隔



C


——


超声波在空气中的声速,常温下 取为



344m/s



声速确定后,只要测出超声波往返的时间,即可求得



L



0


根据 本次设计所要求的测量距离的范围及测量精度,我们选用的是



HC-SR04


超声


波测距模块。



如下图所示



。 此模块已将发射电路和接收电路



集成好了,硬件上不必


再自行设计繁复的发射及接收电路,



软件上也无需再



通过定时器产生


40Khz


的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用



时,只要在控


制端‘

Trig


'


发一个大于


15us< /p>


宽度的高电平


,


就可以在接收端




Echo'


等待高 电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。



当此口变


为低电平时就停止计时并读出定时器的值,



间,再根据传播速度方可算出障碍物的距离。



此值就为此次测距的时



(二)超声波测距模块


HC- SR04


简要介绍



HC- SR04


超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述


:


1.


主要技术参数:





使用电压:


DC5V





静态电流:小于


2mA





电平输出:高


5V



11


11





电平输出:低


0V





感应角度:不大于


15






探测距离:


2cm-300cm




高精度:可达


2mm



HC-SRO 4


超声波测距模块实物图



2.


接线方式:


VCC



trig


(控制端)、


echo


(接收端)、


GND


使用方法:给< /p>


Trig


端发一个


15uS


以上的高电平,就可以在接收口



Echo


端等待高


电平输出。一有输出就可以开定时器计时


,


当此口变为低电平时就



可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间



,


方可算出距离。



3.


工作原理:





采用


10


触发测距,给至少


10us


的高电平信 号



在我们的程序中我们为了



确保有效触发,给了约持续


15us


时间宽度 的高电平







模块自动发送



8




40khz


的方波,自动检测是否有信号返回;





有信号返回,通过


Echo


输出一高电平,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


=< /p>



高电平时间


*


声速



344M/S


))


/2


;


三)总体设计方案:




51


单片机作为主控制器,在超声波模块



HC-SR04


的‘


Trig


'


端加一



个 大于


10us


的高电平,本次设计中我们为了确保有效触发,程 序中设置了



约为


15us

< p>
的高电平


进行触发。触发发射端产生超声波,同时在接收端



'Echo'




等待高电平的输出,一旦


检测到有高电平的输出就打开定时器



0


进行计



时。根据所给超声波模块的技术资料可知:‘


Echo'


端高电平持续的时间就



是超声波从发


射到返回的时间。



当超声波遇到障碍物,



回波被接收端接收到



后,‘


Echo


'


端变为低电


平。此时关闭定时器


0




TR=0



,读出定时器的值。



这个值即为超声波的传播时间


单位为


us



。根据声波在空气中 的传播速度,



方可算出距离。【测试距离


~



高电平


时间


*


声速



344M/S


))

< br>/2


】将此距离进行



处理,在 数码管上利用动态扫描法实时显


示。



系统的结构框图:




我们将整个系统划分为:超声波模块、显示模块,以及



电路模块。



51


单片机外围工作



(四)动态显示模块:



数码管动态显 示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,





态驱动是将所有数码管的


8


个显示笔划



的同名端 连在一起,



另外为每个


数码管的公共极



COM


增加位选通控制电路,位选通由各自独立




I/O


线控制,当单片机

< p>
输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,


但究竟是那个数码管会显示出字形,


取决于单片机对位选通


COM


端电路的



控制,所以我们只要 将需要显示的数码管的选通控


制打开,



该位就显示出字



形,没有选通的数码 管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的



COM



端,就使各个数码管轮流受控 显示,这就是动态驱动。在轮流显示过程中,



每位数码管的< /p>


点亮时间为


1


?


2ms


,


由于人的视觉暂留现象及发光二极管的



余辉效应,尽管实际上各位数


码管并非同时点亮,但 只要扫描的速度足够快,



给人的印象就是一组稳定的显示数据,




会有闪烁感,动态显示的效果和静



态显示是一样的,能够节省大量的


I/O


端口,而且功耗更低。



在本次设计中,


我们选用


P0


口作为‘段码’,


连接


SM410561D3 B



a,b,c,d,e,f,g,dp

< br>,


每一段的亮灭。选用


P2.4~P2.7


分别对应‘位码’,即连





SM410561


的‘


S1


,


S2


,


S3, S4


'


分别控制每一位的亮灭。‘


S1

,


S2


,


S3,


COM


S4


'


相当于是每一段的


COM


端,由于是共阳极,只有某一位对应 的



端为‘


1



时,所送的‘段码’对该端来说才是有效的。



仿真电路图



(五)硬件整体设计方案:



我们在硬件设计上主要包括以下几个模块的设计


:





(六)软件设计方案


:



开始



变量及



定时器



0


初始化




Trig



20us




高电平进行触发



TR0=1


打开定时



器,开始计时



TR0=0



停止计时,计算



出传


播时间



time



TH0=0




TL0=0



计算出传输距离



S



显示





---


'





程序如下


:


#in cludev intrin s.h > #in cludev reg52.h >


#defi ne uint un sig ned int #defi ne uchar un sig ned char uchar qia n,bai,shi,ge;


单位为


cm




〃数码管显示千,百,十,个


,

-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-02-09 07:59,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/619897.html

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