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非接觸測(cè)距系統(tǒng)
非接觸測(cè)距系統(tǒng)
摘要:非接觸測(cè)距系統(tǒng)在現(xiàn)今已被應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活的各個(gè)領(lǐng)域。它與傳統(tǒng)的接觸測(cè)距相比精確度更高、操作更方便，安全系數(shù)更高。目前非接觸測(cè)距系統(tǒng)主要是利用超聲波傳感器來測(cè)距的。超聲波測(cè)距是1種利用聲波特性和電子計(jì)數(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法。
本文主要介紹以ＡＴ89Ｃ52單片機(jī)為核心的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收檢測(cè)電路和顯示電路組成。該系統(tǒng)測(cè)量精度高，并能夠清晰地顯示測(cè)量結(jié)果，可應(yīng)用于汽車倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及1些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合。
文章介紹了超聲波的特性及其測(cè)距原理、芯片的選型、硬件電路原理及軟件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:單片機(jī)；超聲波；測(cè)距
Non-contact ranging system
Abstract: The non-contact ranging system has been applied each domain in the nowadays. It compares the precision with the traditional contact measuring to be higher. The operation is more convenient, and it is more safely. in the nowadays non-contact measuring system mainly is comes the ranging using the ultrasonic sensor. The ultrasonic ranging is one kind of using the Ultrasonic characteristic and the electronic counting realizes the non-contact distance measurement.
The system takes AT89C52 monolithic as a core. The system is mainly composed by the ultrasonic transmission circuit, the ultrasonic reception examination circuit and the display circuit. Because the system measuring accuracy is high and can clearly demonstrate the measurement result, so it may apply in the automobile back-draft radar, the building construction work site ,some industry scene position monitoring as well as available liquid position, well depth, pipeline length situations and so on .
The article introduces the characteristic of ultrasonic, the ranging principle, the COMS chip shaping, the hardware circuitry and the software design.
Key words: Monolithic Processors; Ultrasonic; Distance measurement
目 錄
中文摘要………………………………………………………………………………………………………1
1 緒論………………………………………………………………………………………………………1
1.1非接觸測(cè)距的概述………………………………………………………………………………1
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………………………………………………1
2 超聲波測(cè)距原理……………………………………………………………………………………2
2.1超聲波的簡(jiǎn)單介紹………………………………………………………………………………2
2.2超聲波測(cè)距原理…………………………………………………………………………………2
３ 硬件電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………………3
3.1芯片選型……………………………………………………………………………………………3
3.1.1 主芯片（AT89C52）………………………………………………………………………3
3.1.２ 超聲波發(fā)射接收電路芯片（CX20106A）…………………………………………………4
3.1.3 V/F轉(zhuǎn)換芯片（LM331）……………………………………………………………………4
3.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框架圖…………………………………………………………………………5
3.3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………5
3.3.1 單片機(jī)系統(tǒng)顯示電路……………………………………………………………………5
3.3.2 超聲波發(fā)射電路……………………………………………………………………………6
3.3.3 超聲波檢測(cè)接收電路………………………………………………………………………7
3.3.4 溫度采集及V/F轉(zhuǎn)換電路…………………………………………………………………7
４ 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試…………………………………………………………………………………………8
4.1 編譯環(huán)境………………………………………………………………………………………8
4.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………8
4.2.1 超聲波測(cè)距器的算法設(shè)計(jì)………………………………………………………………8
4.2.2 超聲波測(cè)距器系統(tǒng)軟件主程序…………………………………………………………9
4.2.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序…………………………………………19
４.3 超聲波測(cè)距器調(diào)試及性能分析……………………………………………………………10
4.3.１ 調(diào)試……………………………………………………………………………………10
4.3.2 性能分析………………………………………………………………………………11
5 系統(tǒng)誤差因素分析………………………………………………………………………………………11
5．1 回波檢測(cè)對(duì)時(shí)間測(cè)量的影響……………………………………………………………………11
5．2 超聲傳感器所加脈沖電壓對(duì)測(cè)量范圍和精度的影響…………………………………………11
5．3 溫度對(duì)超聲波速度的影響………………………………………………………………………11
總結(jié)…………………………………………………………………………………………………………12
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………………13
英文摘要…………………………………………………………………………………………………13
致謝詞………………………………………………………………………………………………………13
附錄…………………………………………………………………………………………………………14
1 緒論
１．1 非接觸測(cè)距的概述
非接觸測(cè)距是相對(duì)于傳統(tǒng)的接觸測(cè)距而言的，主要是指利用超聲波特性和電子計(jì)數(shù)相結(jié)合來進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)的接觸測(cè)距相比，非接觸測(cè)距有以下優(yōu)勢(shì)：
a、 測(cè)量深度、長(zhǎng)度時(shí)，便于操作。
b、 測(cè)量深度、長(zhǎng)度時(shí)，其精確度高，不會(huì)因視覺差等主觀因素影響其精度。
c、 非接觸測(cè)量往往只需要少數(shù)的人就可以完成，節(jié)約了人力物力。
d、 在1些惡劣的環(huán)境下非接觸測(cè)距比接觸測(cè)距更加安全。
目前非接觸測(cè)距主要有激光測(cè)距，雷達(dá)測(cè)距，和超聲波測(cè)距等。而由于超聲波測(cè)距器制作成本低被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。超聲波測(cè)距是1種利用聲波特性和電子計(jì)數(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法。它被廣泛應(yīng)用于非接觸式測(cè)距系統(tǒng)中還因?yàn)槌暡y(cè)距器具有不受光線、電磁波、粉塵等的干擾, 對(duì)惡劣的工作環(huán)境具有1定的適應(yīng)能力，其精度達(dá)到工程測(cè)距精度的要求等優(yōu)點(diǎn)。
隨著科技的發(fā)展，快速、精確的距離測(cè)量對(duì)人們有著重大的意義。如今非接觸測(cè)距已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中的各個(gè)領(lǐng)域，如：測(cè)量液位井深、管道長(zhǎng)度、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識(shí)別等。
超聲波測(cè)距器雖然早已經(jīng)廣泛地被使用,但還存在著發(fā)射超聲波的探頭直接對(duì)接收超聲波的探頭的影響、超聲波的傳播速度隨著溫度的變化,以及其它干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量的影響等問題。這幾個(gè)問題1直是設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的問題,它們影響著超聲波傳感器的性能及其測(cè)量精度。本文的非接觸測(cè)距系統(tǒng)主要是由超聲波發(fā)生器、超聲波接收檢測(cè)器、顯示器等組成，它可以快速、精確的測(cè)量出被測(cè)距離，并由顯示器顯示出來。
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
設(shè)計(jì)任務(wù)：先確定非接觸測(cè)距的原理，根據(jù)實(shí)際情況選取各部分電路的芯片型號(hào)。決定采用AT89C52或其兼容系列單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40KHz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)。顯示電路采用動(dòng)態(tài)顯示掃描接口電路，采用4個(gè)數(shù)碼管顯示，把4個(gè)數(shù)碼管的筆畫段a～g同名端連在1起，而每個(gè)數(shù)碼管的公共極各自受單片機(jī)I/O線控制，數(shù)碼管的段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，另外還要加上拉電阻以提高電壓，位碼采用PNP3極管8550驅(qū)動(dòng)。發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40KHz方波信號(hào)1
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