1、 XXXX学院 毕业设计（论文） 题 目： 超声波测距倒车雷达设计 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 学 号： XXX 学生姓名： XX 指导教师： XX 职 称： XX 二 O 一五年四月二日 XXX学院 毕业论文（设计）任务书 课题名称： _ 超声波测距倒车雷达设计 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化 姓 名： XX 学 号： _ XX 指导教师： XX 二 O 一五年四月二日 超声波倒车雷达设计 摘要 本次设计采用单片机 STC89C52 来控制整个超声波系统。由单片机控制产生超声波并且控制定时器开始计时，当接收电路接收到回波时，定时器产生中断，停止计时。信号发出到接收
2、到回波信号所用的时间是由单片机计算完成，从而得到实测的距离。距离显示在 LED 数码管上，并控制报警电路。 整个硬件电路由电源电路、按键电路、显示电路、报警电路以及超声波模块构成。按键电路用来控制报警距离的增加或者减少，方便且实用。本次设计具有容易控制和工作稳定等优点。 关键词： STC89C52 超声波 测距 目录 第 1 章 前言 . 1 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 超声波测距系统的国内外现状 . 1 1.3 设计的要求 . 1 第 2 章 系统总体方案的选择 . 2 2.1 超声波的简介 . 2 2.2 超声波测距系统原理 . 2 2.3 方案选择 . 2 第 3 章
3、整体硬件电路设计 . 4 3.1 单片机系统电路 . 4 3.1.1 复位电路 . 4 3.1.2 时钟电路 . 5 3.2 蜂鸣器报警电路 . 6 3.3 按键电路 . 6 3.4 超声波发射电路 . 7 3.5 超声波接收电路 . 7 3.6 超声波模块 . 8 3.7 显示电路 . 8 3.8 电源电路 . 9 3.9 系统的整体电路 . 10 第 4 章 软件部分 . 11 4.1 主程序设计 . 11 4.2 中断处理程序 . 12 4.3 距离的计算及显示电路的设计 . 13 4.4 报警电路的设计 . 14 4.5 按键电路的设计 . 14 第 5 章 硬件的组装及调试 . 15
4、 结论 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 19 附录 . 20 1 第 1 章 前言 1.1 课题研究的目的及意义 经济的发展带来社会的进步，超声波测距被频繁的用在人们的日常工作之中。超声波拥有测量稳定、穿透能力强、易接收等特点，同时超声波测距不用接触到物 体，适用于了情况比较复杂的环境。还因为超声波测距易于控制，并且达到了所要求测量的工业指标，所以超声波测距被用于获取距障碍物的位置信息、移动机器人、汽车倒车雷达等方面的研究。 1.2 超声波测距系统 的国内外现状 国内超声波测距主要针对固体和液体的研究，在测距的稳定性和精确性上有了很大程度的提高。并且随着科学技术的不断提高，超声波技术在
5、工业的自动控制、汽车倒车系统等方面也有深入的研究。此外在医学、生物科学等领域也有突出的地位。 国外也做了大量的研究是关于提高超声波测距。 Figneroa J F， Lamancusa J S在计算时间方法上又有了新的突破，传播时间的获得是通过相加峰值时延和相位时延。 1.3 设计的要求 设计一个超声波测距系统，距离设定一个限定值，当超声波探头与被测物体的距离小于设定值时，两者的距离显示在四位七段数码管上并开始报警。 设计主要需求如下： （ 1） 电路测量的距离为 6m。并且误差率不得超过 0.03%。 （ 2） 与被测物体的距离用数码管显示，并有报警功能。 （ 3）设置按键电路，能对设置的最
6、小报警距离进行改变。 2 第 2 章 系统总体方案的选择 2.1 超声波的简介 我们知道，声音的发出是产生了振动。我们 知道赫兹定义为声音的振动频率， 2020000 赫兹的振动频率是人的耳朵可以接收到的，高于 20000 赫兹的，我们定义为超声波。超声波具有穿透性好、容易获取等特点，在医学、工业、军事、农业等方面有着巨大的研究价值。 2.2 超声波测距系统原理 在超声波测距的过程中，超声波的发射端接收到的脉冲为一系列的方波。时间间隔大小为方波的宽度，距离越远，脉冲的宽度越大。脉冲的个数也随着测距的远近而变化。超声波测距的方法是：测量出输出脉冲的宽度即发出超声波到接收超声波的时间间隔t,利用公
7、式 S=1 2vt,算出被测距离。 超声 波的算法设计： X1是超声波发出的时间， X2 是超声波接收的时间。我们知道声波的传播速度为 340m/s，所以被测距离 L如图 2-1。 图 2 1 测距 原理 2.3 方案选择 本方案选择 STC89C52 单片机来控制整个电路，测得的距离显示在四位数码 管上，并根据所设置的报警距离开始报警。超声波的发射信号由单片机发出并送到发射电路上，发出超声波。接收电路由 CX20106A 芯片和接收探头构成。报警电路中，电阻 R153 为限流电阻、晶体三级管为驱动蜂鸣器。本设计将发射探头和接收探头分离，这样可以避免信号发生混叠干扰，从而使的测量数据更加的精确
8、。根据以上设计如图 2-2。 图 2-2 系统框图 结合实际需求，在网上查找了相关的资料，决定选用 HC-SR04 超声波集成模块。此模块发出的超声波能够测量的范围在 5m到 2cm 之间，能够准确到 3mm，它的发射角不大于 15，有利于准确的测量。并且工作频率在 39 kHz 41 kHz 左右，完全符合本次设计的 40kHz 的工作频率。 由于超声波的发射探头和接收探头是放在同一水平直线上的，而且超声波信号在传播的过程中会发生衰减，所以两个探头不能距离太远。又因为如果两个探头离的太近会产生信号的干扰，测量出来的结果会产生误差。超声波的接收 超声波的发射 数码管显示 蜂鸣器报警 单片机 控
9、制器 4 第 3 章 整体硬件电路设计 3.1 单片机系统电路 本次设计采用了高速、功耗低的 STC89C52 单片机。这款 STC89C52 单片机在功能上和以前 51单片机的一样，并且还扩展了功能，使得用起来更加的方便。 图 3-1 STC89C52 引脚图 3.1.1 复位电路 在单片机规格书中，有这样一段描述：如果当 RST 端口持续两个周期以上的高电平，系统就会复位。电路如下： 图 3-2 复位电路 在 VCC 供电时， RST 的电压和 VCC 一样。随着从 C3 电容的充电， RST 电位开始下降，5 并形成一个正向的脉冲，只要脉冲宽度足够就可以实现复位。 关于 RC 的计算 ：
10、 震荡频率震荡周期 1（ 3-1) 机械周期 =震荡周期 *12 (3-2) 关于复位时间 t的计算 : usMt 212*12 1*2 (3-3) 查看相关资料知道 ,当 REST 上的电压高于 0.7Vcc 时，就可以被看为高电平。本次用的系统电压为 5V,所以 REST 上超过 3.5V 就可以看成高电平，并且高电平的时间超过2us，单片机就可以复位。最后计算 RST 的电位，复位电路为一阶 RC 电路，所以电压与电流有一下关系： RCtCCCC UUUtU e (3-4) 因为 VUC 5 ； VUC 00 ；所以 RCtC tU 55 。 设 Reset pin 电压为 tUR ，那
11、么： tUVtU CCCR 所以， RCtR tU 5 ， 当 VtUR 4.3 的时， RCt 357.0 。当且仅当 usRCt 2357.0 时，系统 实现复位，并且电阻和电容 RC 满足条件 610*6.5 RC 。所以用 R=10K、 C=10 F符合要求。 3.1.2 时钟电路 时钟电路的两个引脚分别接入 XTAL1 端口和 XTAL2 端口。在两个引脚之间接入一个 12M 的晶振，两个 22PF 的电容和晶振并联后接地。电容的可以使电路更加的稳定，电路如下： 6 图 3-3 时钟电路 3.2 蜂鸣器报警电路 报警电路由蜂鸣器、三极管、电阻构成。蜂鸣器由三极管驱动。 R15 为 1k 的电阻，作用是保护蜂鸣器。单片机 P36 端口和电阻 R15 连接，当单片机 P36 口 发送一个低电平到报警电路时， NPN 型三极管开始驱动蜂鸣器进行报警，报警电路如图 3-4。 图 3-4 报警电路 3.3 按键电路 按键电路由三个切换开关，一个 LED 设置指示灯和一个限流电阻构成。电路图 3-5如下： 图 3-5 按键 电路 按键电路的功能是：当按下 k1 键位时，指示灯亮起，开始设置报警距离。 K2 按下，报警距离从原来的距离开始增大，当按下 K3 键位报警距离开始减小。 限流电阻 R14 的计算：
