智能超声波测距仪项目设计.doc
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1、学士学位论文(设计) 题 目: 智能超声波测距仪设计 姓 名: 徐乐 学 号: 学 院: 工学院 专业/届别: 电子信息科学与技术专业/2023届 指导教师: 白龙 职 称: 讲师 表1 牡丹江师范学院学士学位论文(设计)选 题 论 证 报 告姓 名徐乐专 业/年 级电子信息科学与技术/2023题 目智能超声波测距仪设计选题的目的和意义随着现代信息技术的广泛普及,对信息资源和信息活动的有效管理及运用日益成为提高各种工作效率的重要手段。 对该系统进行的实验, 验证了本文提出的方法的对的性和有效性, 并可以达成较高的测量精度。本设计的超声波测距仪, 在实际测量中, 能达成很高的使用精度, 实现了非
2、接触、低功耗、免维护、性价比高等特点, 是一款有很好市场前景的智能式测距仪。研究内容与方法重要研究内容:本设计采用以STC8952单片机为核心的低成本、微型化液晶显示和语音播报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,主程序、预置子程序、发射子程序、接受子程序、显示子程序的模块组成。分析方法:1. 分析实践法:根据文献资料了解研究对象,分析整个系统的需求,科学进行实践配置。2. 数据辩证法:通过实际操作,记录运营过程中的错误,进行研究辩证。研究进度安排1、选择论文题目:2023年10月;2、拟定论文提纲,查阅资料:2023年11月2023年12月;3、形成初稿:2023年1
3、2月2023年2月;4、形成修订稿:2023 年2月2023年3月;5、形成论文定稿:2023年4月。指导教师意见:指导教师(署名): 年 月 日开题报告专家论证意见:专家组长(署名): 年 月 日摘要本设计采用以STC8952单片机为核心的低成本、微型化液晶显示和语音播报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,主程序、预置子程序、发射子程序、接受子程序、显示子程序的模块组成。各探头的信号经单片机综合分析解决,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的方案,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、程序流程图。关键词:stc8925;微型化
4、液晶显示;语音播报超声波;设计AbstractThis design adopts the STC8952 single-chip microcomputer as the core of low cost, miniaturization, liquid crystal display and speech broadcast hardware circuit and software design method of ultrasonic range finder. The whole circuit USES modular design, the main program, the p
5、reset subroutine, launch subroutines, receive subroutine and display subroutine modules. The probe signal by SCM comprehensive analysis processing, realize the functions of ultrasonic range finder. On the basis of the overall scheme of the system is designed, finally, realized the function of hardwa
6、re and software modules. Relevant parts with hardware circuit, program flow chart. Keywords: stc8925;Miniaturization LCD display; Speech ultrasound; design 目 录1 引言12.设计规定、内容及组织形式 22.1 设计规定 22.2设计内容22.3工作原理22.4 组织形式42.4.1设计软、硬件方案43 超声波的发射电路及电路原理 53.1发射电路 53.2显示电路原理 53.2.1超声波监测接受电路63.2.2语音转换输出电路 74 软件
7、结构设计及源代码 84.1 软件流程图84.2程序源代码85.设计进度安排236.总结24参考文献 251 引言运用STC89C52单片机实现超声波测距。通过超声波放射装置发射超声波遇物体反射回来再由接受装置接受解决。运用声波在空气中的传输速度和整个收发延时计算出距离。为了满足智能化、无接触距离测量规定,自主研制了一种性价比高、 体积小的智能超声波测距仪,该测距仪以 STC89C52单片机为控制核心, 本文给出其具体实现方案。本文设计的一种超声波测距仪,其最大特点是测量的液面与感应元件之间非接触。超声波是指频率大于20KHz,并且可以在连续介质中传播的弹性机械波, 超声波方向性较好, 通过专门
8、设计可定向的发射, 碰到界面时将发生反射、折射以及波形的改变, 超声波在空气中的传播速度为 334m/s(常温下)。运用超声波在介质中传播时, 这些好的物理特性进行设计,使得超声波在测距中的灵活性、 精确度大幅提高。2.设计规定、内容及组织形式2.1 设计规定 (1)学会焊接单片机系统板和驱动板并且连接驱动板与系统板间的连线。(2)用超声波测离障碍物的距离,通过单片机解决判断是否是安全范围根据距离的长短分为安全、注意、危险。(3)每采集一次信号LED灯闪烁一次表达采集成功。(4)把采集的数据经单片机解决用12864液晶显示器显示出来,和语音模块解决用耳机输出提醒距离情况。2.2设计内容本文所设
9、计的超声波测距仪重要由AT89C52单片机、超声波发射电路、超声波接受放大电路、显示电路、语音播报电路。一方面由单片机驱动产生11.0592晶振,由超声破发射探头发送出去,在碰到障碍物反射回来时由超声破接受探头检测到信号,然后通过滤波、放大、整形之后送入单片机进行计算,把计算结果输出到液晶显示屏上。2.3工作原理声波在介质中传播被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目的物体挡住时即会发生反射; 反射波被称为回声。假如声波在介质中传播的速度是提前知道的, 并且声波从声音的发生源到达目的, 而返回声源的时间可以通过测量得到, 那么就可以计算出从声波到目的地距离。这就是本设计的测量原理, 见式(2
10、-1):L=vt (2-1)上式中, L为待测距离, v (m/s) 为超声波在空气中的速度, t为往返时间。 由于超声波在空气中的传播速度与温度 T(单位:摄氏度)有如下关系,见式(2-2)v=331.45+0.61T (2-2)在平常温度下, 温度每当变化 1 摄氏度, 超声波的速度变化 0.6m/s。所以可以通过测温电路测量出当前温度,计算出超声波在当前温度下的传输速度。通常声速随温度的变化会比较大, 因此产生的测量误差也会比较大, 所以若是所在环境中温度变化较大的环境下进行测量时, 需要考虑声速补偿地问题。时间 t 可以通过脉冲计数的方法间接测量, 相称于将时间转化为对计数脉冲个数 N
11、的测量, 假设计数脉冲的频率为 f, 则公式(1)可写成见式(2-3)L=Nv f (2-3)电路原理图如图2-1所示:图2-1超声波测距驱动板原理2.4 组织形式2.4.1设计软、硬件方案(1)硬件结构设计一方面单片机发出振荡频率再整形再由超声波发射器发出出超声波经物体反射回来。接受器接受超声波信号再放大整形传入门控电路。单片机解决再显示输出。硬件结构设计图如图2-2所示:图2-2硬件结构设计图3 超声波的发射电路及电路原理3.1发射电路 超声波的发射电路原理图如下所示。发生电路重要是由反相器74HC04和超声波的换能器T构成,单片机P3.3端口输出40KHZ方波信号一路经一级反相器后送到超
12、声波换能器的一个电极,另一路经两级的反相器后送到超声波换能的另一个电极。通过这种推挽形式将方波的信号加到超声波换能器两端,可以提高超声波的发射强度。输出端则采用两个反相器并联,用以提高驱动能力的上拉电阻R1、R2一方面则可以提高反相器74HC04输出高电平的驱动能力,另一方面可以加强超声波换能的阻尼效果缩短振荡的时间。超声波发射的电路如图3-1所示:图3-1超声波发射电路3.2显示电路原理通过单片机的P0.0P0.7、RST、P3.0P3.7、X1、X2、GND与跳线帽连接控制液晶显示器的显示。12864液晶显示器可显示32个汉字或64个字母可满足规定输出的内容。显示电路的原理图如图3-2所示
13、:图3-2显示电路原理图3.2.1超声波监测接受电路集成电路CX20233A是一种红外线检波接受的专用芯片,常用在电视红外遥控接受器上。本设计运用它制作超声波接受电路。实验证明用CX20236A接受超声波具有很高的灵敏度和较高的抗干扰能力。超声波监测接受电路如图3-3所示:图3-3超声波监测接受电路3.2.2语音转换输出电路由单片机P3.4引脚为语音芯片WT558D-16提供数据再通过解决输出音频信号。语音转换输出电路如图3-4所示:图3-4语音转换输出电路图4 软件结构设计及源代码4.1 软件流程图软件流程图如图4-1所示:图4-1软件流程图4.2程序源代码程序源代码如下:/*函数名:flo
14、at Distance_count()功能:距离计算函数*/float Distance_count()float temp;temp=high_time*256+low_time;temp=(temp*10/9216)/2; temp*=speed;return temp;/*函数名:void tran(),void tran1(),void tran2()功能:超声波的发射*/void tran()uchar i;TH0=0;TL0=0;TR0=1;for(i=4;i0;i-)csb=!csb;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;csb=1;delay_
15、ms(2);EX1=1;delay_ms(30);if(flag=1) distance=Distance_count();dis=(ulong)distance ;flag=0;else dis=0;void tran1()uchar i;TH0=0;TL0=0;TR0=1;for(i=8;i0;i-)csb=!csb;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;nop;csb=1;delay_ms(2);EX1=1;delay_ms(30);if(flag=1) distance=Distance_count();dis=(unsigned long)distance;
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