传感器课程设计-超声波传感器

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1、题目超声波传感器-13-摘要超声波具有指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离较远等优点,因而,在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中,超声波测距是应用最普遍的一种,并且在测量精度方面也能达到自动化的使用要求,它广泛应用于倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受,根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种,一种是在被测距离的两端,一端发射,另一端接收的直接波方式,适用于身高计;一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式,适

2、用于测距仪。此次设计采用反射波方式。超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12M高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管8550驱动。本课题详细介绍了超声波传感器的原理和特性,以及Atmel公

3、司的AT89S51单片机的性能和特点,并在分析了超声波测距的原理的基础上,指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题,给出了以AT89S51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。该系统电路设计合理、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求关键词超声波Ultrasonic单片机AT89S51MCUAT89S51测距Ranging-13-目录一、设计目的5二、设计任务与要求52.1设计任务52.2设计要求

4、5三、设计步骤及原理分析53.1设计方法53.2设计步骤63.3设计原理分析13四、课程设计小结与体会14五、参考文献15-13-一、设计目的学习超声波传感器的知识,以及超声波传感器的原理,学会设计传感器。二、设计任务与要求2.1设计任务1.设计硬件2.设计软件2.2设计要求超声波传感器能正常运行二、设计步骤及原理分析3.1设计方法设计方案按照系统设计的功能的要求,初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块共四个模块组成。单片机主控芯片使用51系列AT89S51单片机,该单

5、片机工作性能稳定;发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送;接收电路使用三极管组成的放大电路,该电路简单,调试工作小较小。超声波接收模块超声波发射模块单片机控制系统(AT89S51)显示模块键盘模块供电单元图3-1系统设计框图硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、报警输出电路、供电电路等几部分。采用AT89S51单片机系统晶振采用12M高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差-13-,单片机用P2.7口输出超声波换能器所需的40K方波信号,P3.5口监测

6、超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的3位共阳LED数码管,,段码输出端口为单片机的P2口,位码输出端口分别为单片机的P3.4、P3.2、P3.3口,数码管位驱运用PNP三极管S9012三极管驱动。3.2设计步骤3.2.1关于AT89S51单片机AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可

7、在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大,低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。5l系列单片机中典型芯片采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256B的RAM,2个16b的定时/计数器TO和T1,4个8b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM),使其在实际中有着十分

8、广泛的用途,在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图3-2所示。图3-251系列单片机封装图-13-5l系列单片机提供以下功能:4kB存储器;256BRAM;32条工/O线;2个16b定时/计数器;5个2级中断源;1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式:CPU停止工作,而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式:保存RAM的内容,振荡器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供

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