基于超声波的测距系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于超声波的测距系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

户程序、用户可以复位单片机、具有相对强大的外部扩展功能。 西华大学毕业设计说明书 第 9 页 图 主控制器电路 单片机作为一种微控制器，在日常生活以及工业生产中的应用越来越广泛，而在基于单片机的应用系统设计，单片机本身正常运行所需要的资源基本上是固定不变的，而单片机的最 小系统就是一个能够满足单片机本身运行要求的基本系统，因此，设计最小系统对于基于单片机的应用系统设计具有很大的意义。 引脚功能： P0 口 接入 LCD 数据端显示数据 ， P20~P22 送命令到 LCD 控制 LCD 的显示方式。 接入 DS18B20 温度数据采集端。 接测量按键。 本次我们采用了 Atmel 公司的 芯片 AT89S52,该单片机主要特点如下： 复位电路 （ 1） AT89S52 系列单片机以 8051 为内核，兼容 MCS51 系列单片机。 （ 2） AT89S52 系列单片机内、内部含有 Flash 存储器，在系统开发可以反复擦写。 （ 3） AT89S52 采用静态时钟方式，可以节省电能。 （ 4） AT89S52 支持 ISP（在线编程），不需要把单片机从电路板取下来就可以擦写程序。 （ 5） AT89S52 晶振频率高达 24M，运行速度更快。 （ 6） AT89S52 价格也比较便宜 6 元 /片。 （ 7） 增加了看门狗电路，防止程序“走飞”，更加安全可靠。 西华大学毕业设计说明书 第 10 页 单片机在 RESET 端加一个大于 20ms 正脉冲 就可以 实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路如 图 所示 ： 图 复位电路 当按钮 S1 被按下 时， 已经充满电的 电容 C1 通过 R1 迅速放电， 等到 S1 弹起后， 电容 C1 再次充电，实现手动复位。 时钟电路 当单片机工作于内部时钟模式的时候，只需要在 XTAL1 引脚和 XTLA2 引脚连接一个晶体震荡器或者陶瓷振荡器，并联接两个电容后接地就可以实现。 如图 所示，使用时，对于电容的选择有一定的要求，一般选择 30pF 左右。 图 时钟电路 按键电路 我们将按键电路接入单片机 口来启动测量，在程序设计中通 过查询的方式检 在系统上电的瞬间， 复位端 RST 和 电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升， RST电位下降，于是在 RST 形成一个正脉冲。 只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即20RC ms。 一般取 R 1 K ， C 22uF。 尤其注意的是在实际电路设计时，应该注意尽量保证外接的振荡器和电容靠近单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚处，这样可以减小寄生电容的影响， 使得振荡器能够稳定可靠 地为单片机 CPU 提供时钟信号。 西华大学毕业设计说明书 第 11 页 测按键是否被按下， 在软件中通过软件延时来消除按键的机械抖动。 电路原理如下： 按下按键后， 显示为低电平，程序检测 为低电平时开始执行距离测量程序，当松开按键后， 为高电平。 图 按键电路 蜂鸣器电路 本设计接一个蜂鸣 器电路，目的是跟按键电路联系在一起。 按键按下时，就发出提示音，即开始了测距。 蜂鸣器 是 一块压电晶片，在其两端加上 35V 的直流电压，就能产生 3KHz 的蜂鸣声。 电路如图 所示。 通过单片机软件产生 3KHz 的信号从 口送到三极管 C9013 的基极，控制着电压加到蜂 鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。 图 蜂鸣器电路 通过单片机软件产生 的信号从 口送到三极管 的基极，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。 西华大学毕业设计说明书 第 12 页 (1)第一脚 GND：接地。 (2)第二脚 VCC： +5V 电源。 (3)第三脚 VO：对比度调整端。 使用时通过接一个 1K的电阻来调节。 (4)第四脚 RS:寄存器选择信号线。 (5)第五脚 RW:读写信号线。 (6)第六脚 EN：使能端，当 EN由高电平跳变为低电平时执行命令。 (7)第 714脚： 8位数据线 D0D7。 (8)第十五脚 BLA:背光电源正极输入 端。 (9)第十六脚 BLK:背光电源负极输入端。 图 液晶显示电路 1602液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160个不同的点 阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母 ‘ A’ 的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母‘ A’。 1602通过 D0D7的 8位数据端传输数据和指令。 (1)显示模式设置： (初始化 ) 本设计采用 LCD 液晶显示屏显示。 其具有体积小、功耗低、界面美观大方等优点，这里使用 YB1602 液晶屏， 1602 显示模块用点阵图形显示字符，显示模式分为 2 行 16个字符。 它具有 16 个引脚，其正面左起为第一脚，如图 所示： 西华大学毕业设计说明书 第 13 页 表 LCD1602 操作指令 操作控制表 操作 读状态 写指令 读数据 写数据 输入 RS=0， RW=1，E=1 RS=0， RW=0， D0D7=指令码， E=H 脉冲 RS=1， RW=1，E=1 RS=1， RW=0， D0D7=数据， E=H 脉冲 温度采集 DS18B20电路 0011 0000 [0x38]设置 16 2显示， 5 7点阵， 8位数据接口； (2)显示开关及光标设置： (初始化 ) 0000 1DCB D 显示 (1有效 )、 C 光标显示 (1有效 )、 B 光标闪烁 (1有效 ) 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加 1 amp。 光标加 1)， N=0(读或写一个字符后地址指针减 1 amp。 光标减 1)， S=1且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移 ) S=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 (3)数据指针设置： 数据首地址为 80H，所以数据地址为 80H+地址码 (027H， 4067H) (4)其他设置： 01H(显示清屏，数据指针 =0，所有显示 =0)； 02H(显示回车，数据指针 =0)。 物理学告诉我们，超声波在空气中的传播速度为： C=+*T，由此可见，超声波的速度和温度密切关系，即温度每增加 1176。 C，超声波速度约增加 ，本次我们考虑温度补偿，以使我们的设计更加精确，温度的采集通常使用 DS18B20 一线式数字温度传感器，电路非常简洁，具体电路图如图 所示。 DS18B20 是美国 DALLS 公司推出的 DS1820 的替代产品，具有 1 12 位的转换精度，未编程时默认的精度是12 位，测量精度一般为 176。 C，软件处理后可以达到 176。 C，温度输出以 16 位符号扩 展的二进制数形式提供，低位在先，以 176。 C/LSB 形式表达。 其中高五位为扩展符号位。 转换周期与转换精度有关， 9位转换精度时，最大转换时间为 ms， 12 位转换精度时，最大转换时间为 750ms。 DS18B20 引脚判断方法是：字面朝人，从左到右依次是 1 （ GND）、 2（输入 /输出）、 3（ VDD）。 图中的 R9 为上拉电阻，阻值选 5K 左右。 西华大学毕业设计说明书 第 14 页 图 DS18B20 温度传感器 发射电路设计 图 超声波发射电路 工作 过程中 ， 单片机产生 40kHz 的脉冲通过 口向超声波发射电路发出信号，接入由 74LS04 构成的放大电路放大信号， 驱动超声波探头将超声波发射出去。 接收电路设计 由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。 超声波探头将电信号转换为机械波发射出去，而单片机所产生的 40 kHz 的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动 将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大电路，本设计选用74LS04 芯片进行信号放大，超声波发射电路如图。 西华大学毕业设计说明书 第 15 页 倍数也要比较大。 超声波接收电路主要是由集成电路 CX20xx6A 芯片 电路 构成的。 图 超声波接收电路 HRSR04 超声波集成模块 HRSR04 超声波集成模块是将超声波发射探头，超声波接收探头， CX20xx6A 芯片电路， 74LS04 芯片放大电路集成到的一起的一个超声波集成模块。 基本工作原理： （ 1）采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号； （ 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，高电平的持续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 *声速） /2。 HRSR04 超声波集成模块正 反面外观如图 所示。 CX20xx6A 芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单片机去请求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。 CX20xx6A 芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果。 CX20xx6A 芯片的 5脚在外接电阻对它的带通滤波器的频率进行调节，而且不用再外接其他的电感，能够很好地避免外加磁场对芯片电路的干扰，而且它的可靠性也是比较高的。 CX20xx6A 芯片电路本身就具有很高的抗干扰的能力，而且灵敏度也比较高，所以，能满足本设计的要求。 超声波接收电路如图 所示。