多超声波传感器的距离测量系统设计毕业论文(编辑修改稿)

多超声波传感器的距离测量系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

可以通过调节电阻 R1 来增大增益，然而这种接收放大器的增益的增加也是有极限的，这会随着应用的改变而改变，在生产该产品的时候都作了最终的匹配性的测试，这种测试是非常必要的，因为如果有一个电阻与该模块相匹配，我们想要的放大器增益比该模块增益的分布要小的多。 如果匹配的好的话，这种模块在很多应用中会表现的很 出色。 基于此接收放大器增益可以被增加，如果需要还可以相应的增加 R1，因为这种接收放大器增益是和 R1 直接成正比的。 电位计 VR1 能够提供级间的接收放大器增益的调整，它可以通过调整 R1 来整理整个测量范围内的放大器增益。 **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 14 第 3 章 超声测距系统总体设计方案 总体设计方案概述 图 系统总体设计方案图 本专题设计以 AT89C51单片机为核心的超声波测距系统设计方案图如图 所示 ，系统选择了与设计比较适合的收发于一体的 Polaroid600 超声波传感器系列及 Polaroid6500 驱动模块两套。 系统计划在实验室内实现小范围测距试验，测试距离约 在 20cm～ 2m以内（ 系统的实际测量范围能力为 20cm～ 10m 以内 ），通过单片机的软件编程控制计划进行单传感器单目标测量、单传感器双目标测量、双传感器单目标测量、双传感器双目标测量等多种测量模式（所谓单 /双目标是指传感器工作一次测出一 /两个目标结果的测量方式；单 /双传感器是指只有一个传感器工作 /两个传感器同时工作的测量方式）。 测量模式的选择与控制实现是由 PC 机完成，单片机负责**************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 15 执行命令并进行目标测量，将测出的距离结果，发送给 PC 机，并将测距结果进行 LED 显示，显示电路采用动态扫描显示，通过单片机编程将得到的传感器测得距离信息并行输入送至 4位 LED 数码管进行显示， LED 由 8 位数据 /地址锁存器 74LS273 驱动，第一位数码管数据为该路传感器的信息，后三位数码管显示的数据 XXX，表示由该路传感器测得的距离为 XXXcm。 系统工作过程大体如下：系统模块上电后， 单片机 AT89C51 先把 （或 ）置 0，低电平信号通过反相器，给传感器的 INIT 引脚送入高电平信号，以启动超声波传感器 1 或超声波传感器 2 发射超声波，同时启动内部定时器 T0 开始计时。 由于设计采用的超声波传感器是收发一体的，所以在发送完超声波脉冲后，当发出的超声波碰到障碍物时会返回到超声波传感器产生回波信号（ ECHO），回波信号 (ECHO)经反相器连接到单片机AT89C51 的 INT0 和 INT1 引脚，触发外部中断，同时记录此刻计数器 T0 的计数值，计数器所计的数据就是超声波所经历的时间 t。 拨码开关用来设定现场温度 T 以得知 T温度下声速 c（即作出温度补偿），通过 D=ct/2 就可以得到传感器与障碍物之间的距离 D，然后再将测距结果送至 PC 机及 LED 进行显示。 关于单 /多目标的测量问题前文中介绍 Polaroid 6500 系列超声波传感器测距驱动模块的工作方式时已作出相应解释，此处不再赘述。 此外本测距系统所使用的超声波传感器及其声波发射接收电路驱动模块为已提供的现有实物。 **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 16 单片机控制超声波传感器声波收发电路的设计 图 单片机控制超声波传感器声波收发的电路图 此部分是超声波传感 器距离测量系统的单 元硬件设计的核心部分和首要内容，它直接关系到整个电路设计的成功与否，其硬件连接图如图 所示，由于单片机引脚不便直接驱动并控制 6500 系列超声波传感器驱动模块的各控制信号，设计采用通过六输出 反相缓冲器 /驱动器 74LS06 来实现对 6500 系列超声波传感器驱动模块的各控制信号的控制等，本设计中单片机与 6500 系列超声波传感器驱动模块的各控制信号引脚的连接方式如下： → A4→ Y4→ INIT（传 感器 1超声波发射信号） → A5→ Y5→ BLNK（传感器 1 外部消隐信号） → A6→ Y6→ BINH（传感器 1 外部消隐允许） INT0←反相器 7404← ECHO（传感器 1 回波输出信号） → A1→ Y1→ INIT（传感器 2 超声波发射信号） → A2→ Y2→ BLNK（传感器 2 外部消隐信号） **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 17 → A3→ Y3→ BINH（传感器 2 外部消隐允许） INT1←反相器 7404← ECHO（传感器 2 回波输出信号） 其 中 A1～ A6 为 74LS06 的输入端 ,Y1～ Y6 为 74LS06 的输出端。 系统模块上电后，如果给 或 引脚送低电平信号，则传感器 1或 2 的 INIT引脚变为高电平，传感器 1 或 2 开始发出超声波，当有回波信号时，传感器 ECHO 引脚输出高电平信号，则单片机引脚 INT0 或 INT1 将变为低电平信号，可得知传感器 1 或 2 有回波信号返回。 此外，如果要检测多个目标，需要将 ECHO 引脚变为低电平即可继续接受下目标，这一过程的单片机控制方法：先给单片机 或 引脚送低电平信号，即将传感器 1 或 2 的BINH 引脚先变为高电平信号，再给 或 引脚送入一个宽度大于 的脉冲，则传感器 1 或 2 的 ECHO 引脚就可变为低电平以备接收下一回波信号的到来。 温度信号采集电路的设计 图 温度信号采集电路图 不同温度条件下，声波在介质（空气等）中的传播速度也不同；超声波属于声波范围，其波速与温度的关系为：波速 C= t/2731 m/s，其泰**************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 18 勒级数展开式（仅保留到一次项）为： C=＋ ，其中ｔ为摄氏温度。 本设计采用三位拨码开关来设定测量环境温度，通过单片机软件编程获得测量环境的声速，以提高测量精度。 温度的设定方法如表 所示 ： 表 温度的设定方法 P2 P1 P0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 温度范围（ 176。 C） 5～ 0 1～ 6 7～ 12 13～ 18 19～ 24 25～ 30 31～ 36 37～ 42 读取温度 t（ 176。 C） 2 4 10 16 22 28 34 40 其中 t=6*X2， X=0～ 7。 例如：当测距环境温度在 19～ 24176。 C 时，拨码开关设定 P2P1P0=100B，通过单片机编程读取 P2P1P0=100B=4，在 这一温度范 围内的声速都近似采用 22176。 C（ t=6*42）时的声速。 显示单元电路的设计 图 显示单元电路 显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。 最简单的显示器可以使 LED 发光二极管，给出一个简单的开关量信**************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 19 息，而复杂的较完整的显示器应该是 CRT 监视器或者屏幕较大的 LCD液晶屏。 综合课题的实际要求以及考虑单片机的接口资源，采用并行方式显示的 LED驱动输出设备 是 8位数据 /地址锁存器 74LS273， 每个 74LS273驱动一个 LED 数码管（共四个）， 74LS273 是一种带清除功能的 8D触发器， 1D～ 8D 为数据输入端， 1Q～ 8Q 为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作 8 位地址锁存器。 由于本设计为双传感器，而且全程显示的距离范围在 10 米之内，所以设计使用 4 个 LED 数码管，用最高一位 LED 数码管显示传感器信息（ 1号或 2 号传感器），用另外 3个 LED 数码管显示距离的数值 XXXcm。 各 LED、 74LS273 与单片机的管脚连接： LED： a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 dp 按顺序依次分别与 74LS273： 1Q、 2Q、 3Q、 4Q、 5Q、 6Q、 7Q、 8Q相连接；四个 74LS273 芯片的 1D～ 8D 管脚依次都连接到单片机 AT89C51的 ～ 上；从左至右四个 74LS273 芯片的 /CLR 管脚依次连接到单片机 AT89C51 的 、 、 、 上， CLK 管脚经过反相器7404 接到单片机 AT89C51 的 ALE/PROG 上。 单片机与 PC 机串行通信的设计 图 MAX232 接口的单片机与 PC 机串行通信电路图 **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 20 串行通信是上位机和下位机建立联系的桥梁，本测距系统单片机与 PC机串行通信的设计采用 MAX232 单芯片实现 AT89C51 与 PC 机的 RS232C 标准接口通信电路。 MAX232 与 AT89C51 和 PC 机的管脚连接方式为： R2OUT—— AT89C51 的串行接收端 RXD， 单片机 接收数据； T2IN—— AT89C51 的串行发送端 TXD，单片机发送数据； T2OUT—— 9针“ D” 型 RS232连接器的第 2针端口， PC机发送数据； R2in—— 9针“ D” 型 RS232 连接器的第 3 针端口， PC 机接收数据。 由于 RS232C 的逻辑 0 电平规定 为 +5～ +15V，逻辑 1 电平规定为 15～5V,因此在于 TTL 电路接口时必须经过电平转换。 MAX232 芯片是 MAXIM 公司生产的、包含两路接收器和驱动器的 RS232 电平转换芯片，适用于各种232 通信接口。 MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的 +5V电压变换为 RS232C 输出电平所需要的 177。 10V 电压。 所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的 +5V电源就可以了。 对于没有 177。 12V电源的场合，其适应性更强。 采用 MAX232 芯片接口的 PC 机与 MCS51 单片机串行通信接口电路如上图 所示， MAX232 芯片上半部分电容 E E E E6 及 V+、 V是电源变换部分，因噪声 VCC 要加对地去耦电容 E2，值为 ,电容 E E EE6 为电解电容，电容值。 **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 21 第 4 章 超声波测距系统硬件及软件的实现 上一章介绍了超声测距系统的总体方案设计及具体的各个部分的设计，本章将要介绍系统方案设计的具体实现，包括三个部分：单片机 AT89C51控制部分、系统硬件结构、系统软件结构。 单片机 AT89C51 在本系统设计中，采用的是美国 ATMEL 公司生产的 8 位单片机— AT89C51 作为超声波测距系统的控制器件。 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机 ,有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 2个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口。 AT89C51 是一种高效的微控制器，为很多智能仪器和嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 下面介绍一下 本设计中所涉及的该单片机的一些功能。 图 单片机 AT89C51 引脚图 **************** 论文 超声波测距系统硬件及软件的实现 22 主要功能特性： 表 AT89C51 主要功能特性 178。 兼容 MCS— 51 指令系统 178。 4k可反复擦写 (1000次 )Flash ROM 178。 32 个双向 I/O 口 178。 可编程 UARL 通道 178。 两个 16位可编程定时 /计数器 178。 全静态操作 024MHz 178。 1 个串行中断 178。 128x8bit 内部 RAM 178。 两个外部中断源 178。 共 6 个中断源 178。 可直接驱动 LED 178。 3 级加密位 178。 低功耗空闲和掉电模式 178。 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C51 的定时 /计数器和外部中断 单片机 AT89C51 的定时器 /计数器组成的核心是一个 16位加 1 计数器，其计数脉冲有两个来源 :一是由外部事件提供的计数脉冲通过引脚 Tx 端口送加 1计数器。 另一个是由单片机内。