超声波测距仪液晶屏加报警设计报告.docx

1、超声波测距仪液晶屏加报警设计报告.超声波测距仪设计报告一、 设计要求1、提供 2cm400cm的非接触式距离测量功能，测距精度达到 3mm。2、测量结果通过液晶屏实时显示。3、当测量距离小于 20cm时，进行声音和灯光报警。二、 超声波测距原理测量距离的方法有很多种，短距离的可以用米尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为 331.45 米 / 秒，由单片机负责计时，系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（ time of flight ），也可以称为回波探测法， 如图 1 所示。超声波发射器向某

2、一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，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停止计时。根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中(20 ) 的传播速度为 340m/s( 实际速度为 344m/s 这里取整数 ) ，根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离，公式 S 340* t / 2 。图 1 超声波测距原理. . .由于超声波也是一种声波， 其声速 c 与温度有关，表 1 列出了几种不同温度下

3、的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表 1声速与温度的关系温度() 30 20 100102030100声速 (m/s)313319325323338344349386三、 硬件系统设计1、设计框图本研究设计的超声波测距仪框图如图 2 所示。US-100超声波收发模块模拟电压信号STC89C52 单片机触发电路中断接收计算距离LCD 距离显示声光报警图 2 超声波测距仪方框图2、US-100 超声波收发模块该超声波收发模块可自己产生 40kHz 的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波， 发射出去的超声波经

4、障碍物反射后由超声波接收探头接收。 经接收电路的检波放大，积分整形，在 ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。具体过程如图 3 所示。. . .图 3 US-100 超声波收发模块工作时序图上图表明：只需要在 Trig/TX 管脚输入一个 10us 以上的高电平，系统便可发出 8 个 40KHZ的超声波脉冲， 然后检测回波信号， 当检测到回波信号后， 模块还要进行温度值的测量， 然后根据当前温度对测距结果进行校正， 将校正后的结果通过 Echo/RX 管脚输出。在此模式下，模块将距离值转化为 340m/s 时的时间值的 2 倍，通过 Echo端输出一个高电平， 可根据此高

5、电平的持续时间来计算距离值。 即距离值为：（高电平时间 *340m/s）/2注：因为距离值已经经过温度校正， 此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，也就是不管温度多少，声速选择 340m/s 即可。使用 US-100 超声波收发模块进行距离测量测量时，单片机只需要输出触发信号，并监视回响引脚，通过定时器计算回响信号宽度，并换算成距离即可。该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠，其参数指标如表 2 所示。. . .表 2 US-100 模块电气参数应注意测量周期必须在 60 毫秒以上，防止发射信号对回响信号的影响。图 4 US-100 超声波模块外形图模块共有两个接口，即模式选择跳

6、线和 5pin 接口。 模式选择跳线接口设置为当安装上短路帽时为 UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。3、单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机 STC89C52，其管脚如图 5 所示。. . .图 5 STC89C52 单片机管脚图该芯片为 52 内核 8 位单片机，兼容 Intel 等 52 内核单片机，支持 ISP 下载，适用于常用检测控制电路。由 STC89C52组成的单片机系统原理图如图 6 所示。图中 TRIG引脚为单片机发送触发信号的引脚， ECHO引脚为 US-100模块送回回响信号的引脚，接至单片机外部中断 P3.2 脚上，可以利用外部中断测量回响信号宽度。当测量距

7、离小于阈值 20cm时，单片机通过管脚 P3.6 发出灯光报警信号， 触发 LED报警灯亮，同时通过管脚 P3.7 发出声音报警信号 beep，该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。. . .图 6 单片机系统及超声波模块接口原理图4、蜂鸣器报警电路图 7 所示为蜂鸣器报警电路。 由于单片机管脚的灌电流比拉电流容量大， 因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响，高电平关闭。当 P3.7 脚输出低电平时，. . .PNP型三极管 8550 导通，有集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。当 P3.7 脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器关闭。图 7 蜂鸣器报警电路5、显示电路显示部分采用 SMC 1602液晶屏进行数据显示

8、，其主要技术参数为：表 3 液晶屏技术指标接口信号说明如表 4 所示。表 4 液晶屏接口信号说明与单片机接口电路如图 8 所示。. . .图 8 LCD 与单片机接口电路6、供电及程序下载电路本设计采用 USB接口供电，电源电压 5V。同时， USB接口通过内含 PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图 9 所示。图 9 供电及程序下载电路四、 软件编程1、软件流程图本设计软件主程序流程图如图 10 所示， (a) 为主程序流程图， (b) 为定时中断子程序流程图， (c) 为外部中断子程序流程图。. . .数据初始化定时器初始化显示初始化进入后台 while 循环超声波

9、测量触发无有回波否？有外部中断子程序计算距离并显示距离小于 否20cm否？是声光报警延时 60ms外部中断入口读取定时器当前值置测量成功标志返回(a) 主程序流程图 (b) 外部中断流程图图 10 程序流程图2、主程序下面介绍 main.c 主程序编写，其他程序略。(1)头文件和一些宏定义/*/* 超声波测距仪 */*( 液晶屏显示 )*/* 晶振 11.0592MHz*/#include #include 1602.htypedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable 无符号8 位整型 */typ

10、edef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable 有符号 8位整型 */. . .typedef unsigned intU16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable无符号 16 位整型 */typedef signed int S16; /* defined for signed 16-bits integer variable有符号16 位整型 */typedef unsigned long U32; /* defined for unsigne

11、d 32-bits integer variable无符号 32 位整型 */typedef signed longS32; /* defined for signed 32-bits integer variable有符号 32 位整型 */typedef float F32; /* single precision floating point variable (32bits)单精度浮点数 32 位长度 */typedef double F64; /* double precision floating point variable (64bits)双精度浮点数 64 位*/ 定时器 0

12、 的定时值为 1mS，即 11059/12=922个时钟脉冲，其补为 65536-922=64614#define SYSTEMCLK 921600/11059200/12#define T0CLK921600/11059200/12#define T1CLK921600/11059200/12#define T1PERIOD1000000/921600 /T1周期时间，以微秒为单位，约为1.085uS#define TIMER0H0xFC/64614/256=252#define TIMER0L0x66/54447%256=102(2)管脚、常量、变量定义和函数声明/ 管脚定义sbit Tr

13、ig = P13;sbit Echo = P32;/回波必须接在外部中断引脚上sbit LedAlarm = P36;/报警灯，低电平亮sbit Beep = P37;/报警蜂鸣器/ 定义标志volatile bit FlagSucceed = 0;/测量成功标志volatile bit FlagDisplay = 0;/显示标志/ 定义全局变量U16 DisplayCount=0;U16 time=0;U32 distance=0;/ 函数声明void delay_20us();void Start_Module();void INT0_Init(void);void Data_Init()

14、;void Timer0_Init();void Timer1_Init();. . .(3) 各子程序/20us 延时程序，不一定很准void delay_20us()U16 bt ;for(bt=0;bt= 1000) /1 秒钟显示一次FlagDisplay = 1;DisplayCount = 0;/ 定时器 1 初始化， 16 位计数模式，时钟为 11059200/12=921600Hz/60ms 计数为 55296，即 0xD800void Timer1_Init()TMOD = 0x11; / 定时器 0 和 1 工作在 16 位方式TH1 =0;TL1= 0;ET1 = 1;/

15、启动模块， Trig 管脚 20us 正脉冲void Start_Module() / 启动模块Trig=1; / 启动一次模块delay_20us();Trig=0;/*名称 : Main()*功能 : 主函数*/void main()U16 i, j;EA=0;INT0_Init();Timer0_Init(); / 定时器 0 初始化Timer1_Init(); / 定时器 1 初始化Data_Init();. . .EA=1;L1602_init();L1602_string(1,1,Welcome to my );L1602_string(2,1,distance meter! );

16、/延时for (i=0;i1000;i+)for (j=0;j1000;j+);while(1)EA= 0;/ 以下为一次检测过程：先发出 Trig 电平，打开外部中断，清零 T1，/最后在外部中断下降沿触发时取出T1 当前值，计算出 Trig 脉冲宽度。Start_Module();while(Echo=0); / 等待 Echo 回波引脚变高电平FlagSucceed = 0;EX0=1;TH1= 0;TL1= 0;TF1= 0;TR1=1; / 启动定时器 1 开始计数EA=1;while (TH180) ; / 盲区TR1 = 0 ; / 关闭定时器 1EX0 = 0; / 关闭外部中

17、断if(FlagSucceed=1) / 一次测试成功，则计算距离，单位为厘米distance = time * 1.085 ; / 计算得到脉冲时间（以微秒为单位）/ 将微秒时间转变成厘米距离的算法： Y 米 =（ X 秒 *344 ） /2/ X 秒=（ 2*Y 米） /344 = X 秒=0.0058*Y 米 = 厘米 =微秒 /58 distance /=58;/如果距离小于 20cm，则声光报警if (FlagSucceed = 1) & (distance 20)LedAlarm = 0;Beep = 0;elseLedAlarm = 1;Beep = 1;. . .if (Fla

18、gDisplay = 1) /1 秒显示时间到if(FlagSucceed=0)/LCD 提示无回波L1602_string(1,1,OutOfRange(0-4m);L1602_string(2,1, - );else/LCD 显示数据L1602_string(1,1,Distance Result:);L1602_string(2,1, cm );L1602_int(2, 5, distance );FlagDisplay = 0;3、显示程序/* 文件名 ： 液晶 1602 显示 .c*描述 :该程序实现了对液晶 1602 的控制。*/#include 1602.h#include ma

19、th.h/*名称 : delay()*功能 : 延时 , 延时时间大概为 140US。*输入: 无*输出: 无*/void delay()int i,j;for(i=0; i=10; i+)for(j=0; j=2; j+);. . ./*名称 : Convert(uchar In_Date)*功能 : 因为电路设计时， P0.0-P0.7 接法刚好了资料中的相反，所以设计该函数。*输入 : 1602 资料上的值*输出 : 送到 1602 的值*/uchar Convert(uchar In_Date)/*uchar i, Out_Date = 0, temp = 0;for(i=0; i i

20、) & 0x01;Out_Date |= (temp (7 - i);return Out_Date;*/return In_Date;/*名称 : enable(uchar del)*功能 : 1602 命令函数*输入 : 输入的命令值*输出: 无*/void enable(uchar del)P0 = Convert(del);RS=0;RW=0;E=0;delay();E=1;delay();/*名称 : write(uchar del)*功能 : 1602 写数据函数. . .*输入 : 需要写入 1602 的数据*输出: 无*/void write(uchar del)P0 = Co

21、nvert(del);RS=1;RW=0;E=0;delay();E=1;delay();/* 名称 : L1602_init()* 功能 : 1602 初始化，请参考 1602 的资料*输入: 无*输出: 无*/void L1602_init(void)enable(0x01);enable(0x38);enable(0x0c);enable(0x06);enable(0xd0);/* 名称 : L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign)* 功能 : 改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符显示 b ，调用该函数如下L1602_char(1,5,b)* 输入 : 行，列，需要输入 1602 的数据*输出: 无*/ void L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign) uchar a;if(hang = 1) a = 0x80;if(hang = 2) a = 0xc0;a = a + lie - 1;enable(a);. . .writ