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基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2012-05-24 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 引言

超聲波具有定向性好、能量集中、在傳輸過(guò)程中衰減較小、反射能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),超聲波傳感器可廣泛應(yīng)用于非接觸式檢測(cè)方法,因而采用仿真技術(shù)進(jìn)行。

目前國(guó)內(nèi)的專用集成電路都是只有厘米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度。通過(guò)分析誤差產(chǎn)生的原因,提高測(cè)量時(shí)間差到微秒級(jí),以及用LM92 溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后,設(shè)計(jì)的高準(zhǔn)確度超聲波測(cè)距儀能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

1 超聲波測(cè)距基本原理

如圖1 所示,使單片機(jī)可接收超聲波模塊輸出的距離信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行合理的處理后,在顯示模塊上實(shí)時(shí)顯示超聲波模塊與障礙物的距離。

基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)連接示意

單片機(jī)發(fā)出40 kHz 的方波信號(hào),經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出;超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大,用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后,啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序,測(cè)得時(shí)間為t.

再通過(guò)軟件編程進(jìn)行判別、計(jì)算,得出所測(cè)距離值并由LED 數(shù)碼管顯示,其原理框圖如圖2。

基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

圖2 超聲波測(cè)距儀原理框圖

發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v 在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被反射返回,由接收器接收,其往返時(shí)間為t.由公式:測(cè)出的距離 L (m) = 常溫下的聲速340 (m/s)× 感應(yīng)時(shí)間t (s) / 2,算出被測(cè)物體的距離。由于超聲波也是一種聲波,其聲速v 與溫度有關(guān),如果溫度變化不大,則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距準(zhǔn)確度要求很高,則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕拚?/P>

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 超聲波測(cè)距原理

單片機(jī)在 T0 時(shí)刻發(fā)射方波,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)收到回波后,產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變到單片機(jī)中端口,單片機(jī)響應(yīng)中斷程序,定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差,即可得到超聲波在介質(zhì)中傳播的時(shí)間t ,由此便可計(jì)算出距離。其時(shí)序圖如圖3 所示。

基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

圖3 超聲波時(shí)序圖

2.2 硬件電路

硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C51 或其兼容系列。采用12 MHz 高準(zhǔn)確度的晶振,以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率,減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P2.4 端口輸出超聲波換能器所需的40 kHz 的方波信號(hào),利用外中斷0 口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4 位共陽(yáng)LED 數(shù)碼管,段碼用程序驅(qū)動(dòng),位碼用PNP 三極管驅(qū)動(dòng)。

2.3 各主要模塊的硬件

STC89C51 芯片引腳與封裝如圖4 所示。

基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)

圖4 STC89C51 引腳

引腳功能說(shuō)明:

(1)VCC:電源電壓。

(2)GND:接地。

(3)RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

(4)/EA/VPP:當(dāng)/EA 保持低電平時(shí),則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。

(5)XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

(6)XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。

(7)P0 口:P0 口為一個(gè)8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O 口,也即地址/ 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí),每腳可吸收8TTL 門(mén)電流。

(8)P1 口:P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P1 口緩沖器能吸收或輸出4TTL門(mén)電流。

(9)P2 口:P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 口緩沖器可吸收或輸出4 個(gè)TTL門(mén)電流,當(dāng)P2 口被寫(xiě)"1"時(shí),其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。

(10)P3 口:P3 口管腳是8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口,可吸收或輸出4 個(gè)TTL 門(mén)電流。


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