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基于单片机的超声波测距系统的设计说明.doc
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基于单片机的超声波测距系统的设计说明.doc
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基于单片机的超声波测距系统的设计
摘 要:
这是一种可应用于倒车雷达的超声波测距系统。本系统采用单片机为核心,
结合发射和接受模块构成整个的测距系统。倒车雷达是用来探测车身和周围的
障碍物并显示其距离,以帮助驾驶员安全倒车或泊车的辅助电子设备,在纵多
的汽车中逐渐普与应用,而且较多的应用了本系统设计采用的无源探头。采用
无源探头能够降低整个系统的设计成本,为能够更广泛的应用超声波测距系统
打了坚实的基础。因此,本系统的设计具有广泛的运用价值和意义。
关键字:超声波测距; 倒车雷达; 运用价值
Abstract:
Keyword: Ultrasonic Ranging; reversing radar; use Value
目 录
1 / 21
引言·····················································4
一、 超声波测距系统主要功能的概述························4
二、 超声波测距系统的主要技术指标····················4
三、 超声波测距系统的原理·····························4
四、 超声波测距系统的硬件组成·························5
五、 超声波测距系统的软件设计·························9
六、 超声波测距系统的测试数据和测试结果分析········10
七、 总结···············································11
辞····················································11
参考文献···············································12
附录一 ——超声波测距系统原理图··························13
附录二——超声波测距系统的 PCB 图···················14
附录三——超声波测距系统的源程序·························15
2 / 21
引言:
本系统以 !"#$% 单片机控制为核心、发出 &'( 发波信号,经发射电路升
压后驱动超声波换能器,然后再由超声波接收头接受信号,送到单片机处理后,
由液晶显示模块显示测量数据。此外,本系统还包括了测温系统,测温工作由
)!*"+%' 完成,由本系统构成的超声波测距系统具有测量准确,显示便捷,
操作灵活,反应迅速,系统工作稳定,耗电低,报警提示等特点。
一、 超声波的主要功能概述:
, 实时显示当前测量距离;
, 实时显示当前测量温度;
, 具有近距离和远距离两种测量模式;
, 能够实时报警功能;
, 具有开机系统自检功能;
二、 超声波测距仪的主要技术指标
测量距离:'%'*'''
测温围:'-*%$-
测量距离精度:*
实时功率:''$.
系统发射功率:*./01
工作电流:"'2/1、#'2/01
输入电源电压:)$3
三、 超声波测距系统的原理
超声波测距的方法有很多种,如相位检测法,声波幅值检测法和往返时间检测
法等。相位检测法虽然精度高,但检测围有限:声波幅值检测法容易受反射波
的映像。本系统采用超声波往返时间检测法,其原理是:检测从超声波发生器
发出的超声波,经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间。往返时间与气
体介质中的声速相乘再除以 % 就是检测的距离。即有:
45367%
想要通过时间测量超声波传播的时间的准确性确定距离,声速 3 就必须要准确
测定。实际上声速虽介质的温度,压力等变化而变化。一般条件下,由于大气
压力变化很小,因此传播速度就主要受温度的影响。在我们的设计测距系统中
采用测量温度的方法来补偿声速,即用测温元件测量实际环境的温度来修正声
速。空气中的声速与温度的关系近似用下式表示:
3588*&9':';7-℃
此外,准确的测量目标还要能够精确的计算出超声波传播的时间,显然能够
确定的时间的单位越小越好,本系统采用的单片机的定时器 ' 来计算时间,单
片机采用 *%<的晶振,那么本系统可精确到 *=!的最小时间单位,计算所测
3 / 21
量的距离可精确到 ''''*<,显然这已经能够完全地满足我们的设计要求。
超声波测距系统的总电路的组成部分有:单片机控制电路,超声波发射电
路,超声波接受电路,测温电路,液晶显示电路以与报警电路等共同组成。单
片机控制电路负责发生 &'( 的方波信号,经一反向器器后分别送到 <2>%8%
的两 4 电平输入端,然后产生97#3 的方波信号驱动超声波换能器。再由超
声波接受回来,此时,就可利用单片机定时出发射和接收的时间差。那么单片
机就可计算出实际的距离,并将其显示出来。具体的硬件原理框图如下:
四、 超声波测距系统的硬件组成
4.1 单片机控制系统
单片机控制系统以单片机 !"#$% 为核心,结合其本身的一些外围器件构成。
!"#$% 单片机是一款应用很普与的 "# 系列的单片机,该单片机具有四个
" 位的 ?7@ 口,部集成了 "( 的程序存储器,两个外部中断,两个定时器,支持
串口的程序下载,具有应用简单,操作简便,价格便宜等许多优点。因此我们
选用这一型号的单片机作为控制器。单片机的晶振频率为 *%<,这样有利于我
们更准确地计算超声波的往返时间,是后面距离精确计算的基础。
4 / 21
微控制器
显示 报警
信号产生驱动
信号放大整型
发生器
接收器
图一:超声波控制电路
4.2 超声波发射电路
超声波发射电路采用基于 <2>%8% 的方波发射电路,电路的前级用
;&4!'& 非门输出正反相的 &'(AB 方波信号驱动 <2>%8% 后实现从 4 电平
到 !%8% 电平的 )) 转换,输出97#3 的电压方波,驱动超声波换能器,
电路图如下图 % 所示。由于发射到换能器的电压高,波形完整,因此可以达到
很高的发射功率与效率,可以测量到比较远的距离,同时用这个电路发射方波,
电路工作稳定,电路功耗很小,也适合单电源供电。所以我们采用这个方案作
为发射电路。
图 %:基于 <2>%8% 的超声波发射电路
4.3 超声波接受电路
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