嵌入式课程设计报告.docx
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嵌入式课程设计报告
嵌入式系统课程设计报告
题目：
超声波测量距离
姓名：
学号：
1361142129
班级：
测控2013-1班
指导教师：
孙采鹰
．引言：
在工业测距场合中，由于工作要求和复杂环境常常采用非接触测距的方法。
激光、红外线和超声波是非接触测距中较常采用的测量介质。
激光测距虽然测距精度高，操作简单。
但是受环境的影响比较大，且系统检测不易维护，价格也比较昂贵。
红外测距易受环境光照度和光线色彩的影响，而且测量精度不高。
相比较前两者，超声波是机械波，具有不受光线影响，不受电磁干扰，成本低等特点，能够定点和连续测量物位。
在有灰尘、烟雾、有腐蚀等恶劣环境下具有较好的适应能力。
广泛应用于物位测量、机械手控制、倒车雷达、机器人避障以及其他一些工业现场等方面。
因此，近些年来人们对超声测距进行了很多的探讨和研究。
本实验基于ARM微处理器系列，其应用几乎已经深入到工业控制，无线通信，网络应用，消费类电子产品等各个领域。
本实验具体设计如下。
一．设计目的:
超声波检测技术是以超声波作为采集信息的手段，能在不损坏和不接触被测量对象的情况下探测对象。
距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，超声波测距是一种很有效的测量方法，有着广泛的应用。
本实验是一套能够对物体距离进行测量的超声波系统。
二.实验原理：
实验模块采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点，可应于液位，物位检测，特有的液位，料位检测方式，可保证在液面有泡沫或大的晃动，不易检测到回波的情况下有稳定的输出，应用行业：
液位，物位，料位检测，工业过程控制等。
超声波测距模块主要包括超声波产生电路、超声波接收电路两部分。
超声波产生电路在空气中传播功率及精度与频率成正比，比较和分析几个常用超声波频率的特点，最终选取频率为40KHZ。
为了便于超声波的发射与接收，超声波发射探头采用共振频率为40KHZ的TCT40-16。
超声波测距是通过一个扬声器发射指定频率声波，另一个感应反射回来的声波，并经处理后生成中断信号送至CPU。
CPU检测2个脉冲中时间间隔，由已知的声波在空气中的传播速度可计算出口声波反射位置的距离。
三．硬件设备
（1）MagicARM2410实验箱
（2）超声波测距功能模块一个
（3）数据线
四．关键芯片及各单元电路介绍：
1．分体超声波收发器
分体超声波收发器也称超声波传感器超声波探头，RT收发分体，T为发射。
R为接收，型号为TCRT16-40。
其特点：
标称频率（KHz）：
40KHz
发射声压at10V（0dB=0.02mPa）：
≥117dB
接收灵敏度at40KHz（0dB=V/ubar）：
≥-65dB
.静电容量at1KHz,<1V（PF）：
2000±30%
适用范围 ：
家用电器及其它电子设备的超声波遥控装置；超声测距及汽车倒车防撞装置；液面探测；超声波近接开关 及其它应用声波发射与接收。
2.超声波发射电路
超声波发射电路主要由超声波换能器和反相器74LS04构成，单片机IO口输出40KHZ的间断方波。
输出端采用两个反相器并联，用于提高驱动能力，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反相器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由震荡时间。
3.超声波接收电路
集成电路CX2106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。
考虑到红外遥控常用的载波频率为38KHZ与测距的超声波频率40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检波接收电路，如图9.2所示。
实验证明，用CX2106A接收超声波（无信号时输出高电平），具有很好地灵敏度和较强的抗干扰能力。
适当更改电容的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
五．设计内容
1.超声波测距模块
控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.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.如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。
模块工作原理：
（1）采用IO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输出一高电平，高电平持续的时间就是
（4）超声波从发射到返回的时间．测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;
2.软件设计
程序思路：
使用PWM产生8个40Khz的脉冲，同时用定时器计时，用外部中断4下降沿接受返回信号，当接收到下降沿信号时停止计时，开始计算距离，并送给LED进行显示。
利用定时器0中断服务程序发脉冲程序：
voidPWM（void）
{inti;
rTCON=（1<<0）|（1<<3）;//启动定时器
rTCFG0=312.5;//预分频器0设置为250，取得160KHz
rTCFG1=1;//TIMER0再取1/4分频，取得40KHz
rTCMPB0=0x0000;//设置定时器为0
rGPCCON=0x555;//端口C为输出口用于启动超声波
for（i=0;i<8;i++）
{
rGPCDAT=0x0;//数据位清零
rGPCDAT=0xf;//设置为高频脉冲发出8T40kHz超频波
DelayNS（10）;
rGPCDAT=0x0;//清数据位
}
}
定时器中断次数、距离显示程序：
voidwrite（intdate）
{
qian=date/1000;
bai=（date%1000）/100;
shi=（date%100）/10;
ge=date%10;
}
voidinit_led（void）
{
ZLG7290_SendCmd（0x60+0,0）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+1,0）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+2,0）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+3,0）;
}
voidwendu（intdate）
{
write（date）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+0,ge）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+1,shi）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+2,bai）;
ZLG7290_SendCmd（0x60+3,qian）；
}
6．实验总结
通过对本门课程的学习，让我对嵌入式这门课程有了更加深刻的了解，将理论联系实际，锻炼了动手能力的同时也对课程得到了进一步巩固，同时也认识到自己在一些学习上的不足，以后还要继续努力，提升动手能力及程序的编写来学好这门课程。
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