基于51系列单片机超声波测液位讲解Word格式文档下载.docx
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电子科学与技术
指导教师:
何宁
2012年12月
摘要
段落格式不对,
随着科技的发展,人们生活水平的提高,城市发展建设加快,城市给排水系统也有较大发展,其状况不断改善。
但是,由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素,城市给排水系统,特别是排水系统往往落后于城市建设。
因此,经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。
城市污水给人们带来了困扰,因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理,人们生活舒适显得非常重要。
而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统,保证机器人在箱涵中自由排污疏通,是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。
控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。
因此,设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。
本设计采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
整个电路采用模块化设计,由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理,实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
经实验证明,这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好,经过系统扩展和升级,可以有效地解决汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控。
单片机;
超声波;
测距;
液面
关键词:
AT89C51;
超声波发射模块;
超声波接收模块;
CX20106A;
显示模块
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theimprovementofpeople'
sstandardofliving,speedingupthedevelopmentandconstructionofthecity.urbandrainagesystemhavegreatlydevelopedtheirsituationisconstantlyimproving.However,duetohistoricalreasonsmanyunpredictablefactorsinthesynthesisofhertime,thecitydrainagesystem.Inparticulardrainagesystemoftenlagsbehindurbanconstruction.Therefore,thereareoftengoodbuildingexcavationhasbeenbuildingfacilitiestoupgradethedrainagesystemphenomenon.Itbroughttothecitysewage,anditiscleartothecitysewageanddrainageculvertinthesewagetreatmentsystem.comfortisveryimportanttopeople'
slives.MobilerobotsdesignedtoclearthedrainageculvertandtheautomaticcontrolsystemFreesewageculvertclearguaranteerobot,therobotisdesignedtocleartheculvertsewagetothecore.ControlSystemisthecorecomponentofthedevelopmentofultrasonicrangefinder.Therefore,itisveryimportanttodesignagoodultrasonicrangefinder.
AtthecoreofthedesignusingAT89C51low-cost,highaccuracy,Microfiguresshowthattheultrasonicrangefinderhardwareandsoftwaredesignmethods.Modulardesignofthewholecircuitfromthemainprogram,presubroutinefiredsubroutinereceivesubroutine.displaysubroutinemodulesform.SCMcomprehensiveanalysisoftheprobesignalprocessing,andtheultrasonicrangefinderfunction.Onthebasisoftheoverallsystemdesign,hardwareandsoftwarebytheendofeachmodule.
Theresearchhasledtothediscoverythatthesoftwareandhardwaredesigningisjustified,theanti-disturbancecompetenceispowerfulandthereal-timecapabilityissatisfactoryandbyextensionandupgrade,thissystemcanresolvetheproblemofthecaravailably,buildingconstructionthepositionoftheworkplaceandsomeindustriesspotsupervision.
Keywords:
AT89S52;
UltrasonicTransmitter;
Ultrasonicreceivermodule;
CX20106A;
DisplayModule
1.引言
在日常生产生活中,很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。
超声波是指频率大于20kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波,其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点,因此常被用于非接触测距。
由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感,因此超声波测距对环境有较好的适应能力,此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。
2.超声波测距原理:
超声波传感器分机械方式和电气方式两类,它实际上是一种换能器,在发射端它把电能或机械能转换成声能,接收端则反之。
本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器,它是利用压电晶体的谐振来工作的。
它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,产生超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,就成为超声波接收器。
在超声波电路中,发射端输出一系列脉冲方波,脉冲宽度越大,输出的个数越多,能量越大,所能测的距离也越远。
超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同,使用时应分清器件上的标志。
超声波测距的方法有多种:
如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。
本设计采用往返时间检测法测距。
其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,经反射后由超声波接收器接收脉冲,其所经历的时间即往返时间,往返时间与超声波传播的路程的远近有关。
测试传输时间可以得出距离。
假定s为被测物体到测距仪之间的距离,测得的时间为t/s,超声波传播速度为v/m·
s-1表示,则有关系式
(1)
s=vt/2……
(1)
在精度要求较高的情况下,需要考虑温度对超声波传播速度的影响,按式
(2)对超声波传播速度加以修正,以减小误差。
v=331.4+0.607T……
(2)
式中,T为实际温度单位为℃,v为超声波在介质中的传播速度单位为m/s。
(本系统以声速为344m/s计算。
)
3.系统设计
本系统由超声波发射、回波信号接收、显示和报警、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。
系统原理框图,如图1所示。
图1
图太大,缺少标注,排版紧凑些
整个系统由单片机STC89C52控制,超声波传感器采用收发分体式,分别是一支超声波发射换能器TCT40-16T和一支超声波接收换能器TCT40-16R。
超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中,遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。
进行相关处理后,输入单片机的INT0脚产生中断,计算中间经历的时间,同时再根据具体的相应的声速,根据就可得出相应的距离用来显示,当然在一些场合也可根据需要,设置距离报警值。
3.1超声波发射部分
超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40-16T能向外界发出40kHz左右的方波脉冲信号。
40kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法:
采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出,本系统采用后者。
编程由单片机P1.0端口输出40kHz左右的方波脉冲信号,由于单片机端口输出功率不够,40kHz方波脉冲信号分成两路,送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远,满足测量距离要求,最后送给超声波发射换能器TCT40-16T以声波形式发射到空气中。
发射部分的电路,如图2所示。
图中输出端上拉电阻R31,R32,一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力,另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果,缩短其自由振荡的时间。
发射电路部分,如图2所示:
图2
3.2超声波接收部分
上述TCT40-16T发射的在空气中传播,遇到障碍物就会返回,超声波接收部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40-16R进行转换变成电信号,并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后,这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106,得到一个负脉冲送给单片机的P3.2(INT0)引脚,以产生一个中断。
接收部分电路,如图3所示:
图3
可以看到,集成芯片CX20106在接收部分电路中起了很大的作用。
CX20106是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片,其具有功能强、性能优越、外围接口简单、成本低等优点,由于红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz比较接近,而且CX20106内部设置的滤波器中心频率f0可由其5脚外接电阻调节,阻值越大中心频率越低,范围为30~60kHz。
故本次设计用它来做接收电路。
CX20106内部由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。
工作过程如下:
接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器,将信号调整到合适幅值的矩形脉冲,由滤波器进行频率选择,滤除干扰信号,再经整形,送给输出端7脚。
当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时,其输出端7脚就输出低电平,而输出端7脚直接接到STC89C52的INT0引脚上,以触发中断。
若频率有一些误差,可调节芯片引脚5的外接电阻R42,将滤波器的中心频率设置在40kHz,就可达到理想的效果。
CX20106内部框图如图4所示:
图4