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非接触测距系统

时间:2017-08-11 数学毕业论文 我要投稿


非接触测距系统
 

摘要:非接触测距系统在现今已被应用在现实生活的各个领域。它与传统的接触测距相比精确度更高、操作更方便,安全系数更高。目前非接触测距系统主要是利用超声波传感器来测距的。超声波测距是1种利用声波特性和电子计数相结合来实现非接触式距离测量的方法。
本文主要介绍以AT89C52单片机为核心的超声波测距系统。系统主要由超声波发射电路、超声波接收检测电路和显示电路组成。该系统测量精度高,并能够清晰地显示测量结果,可应用于汽车倒车雷达、建筑施工工地以及1些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。
文章介绍了超声波的特性及其测距原理、芯片的选型、硬件电路原理及软件设计。
关键词:单片机;超声波;测距
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    录
中文摘要………………………………………………………………………………………………………1
1  绪论………………………………………………………………………………………………………1
1.1非接触测距的概述………………………………………………………………………………1
1.2 设计任务及要求……………………………………………………………………………………1
2 超声波测距原理……………………………………………………………………………………2
2.1超声波的简单介绍………………………………………………………………………………2
2.2超声波测距原理…………………………………………………………………………………2
3 硬件电路的设计…………………………………………………………………………………………3
3.1芯片选型……………………………………………………………………………………………3
 3.1.1 主芯片(AT89C52)………………………………………………………………………3
 3.1.2  超声波发射接收电路芯片(CX20106A)…………………………………………………4
 3.1.3  V/F转换芯片(LM331)……………………………………………………………………4
3.2 超声波测距系统框架图…………………………………………………………………………5
3.3 系统硬件电路的设计……………………………………………………………………………5
 3.3.1 单片机系统显示电路……………………………………………………………………5
 3.3.2  超声波发射电路……………………………………………………………………………6
 3.3.3 超声波检测接收电路………………………………………………………………………7
 3.3.4  温度采集及V/F转换电路…………………………………………………………………7
4 软件设计及调试…………………………………………………………………………………………8
4.1 编译环境………………………………………………………………………………………8
4.2 系统程序的设计…………………………………………………………………………………8
4.2.1 超声波测距器的算法设计………………………………………………………………8
4.2.2 超声波测距器系统软件主程序…………………………………………………………9
4.2.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序…………………………………………19
4.3 超声波测距器调试及性能分析……………………………………………………………10
  4.3.1 调试……………………………………………………………………………………10
  4.3.2 性能分析………………………………………………………………………………11
5 系统误差因素分析………………………………………………………………………………………11
5.1  回波检测对时间测量的影响……………………………………………………………………11
5.2  超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响…………………………………………11
5.3  温度对超声波速度的影响………………………………………………………………………11
总结…………………………………………………………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………………………………………………13
英文摘要…………………………………………………………………………………………………13
致谢词………………………………………………………………………………………………………13
附录…………………………………………………………………………………………………………14

1 绪论
1.1 非接触测距的概述
非接触测距是相对于传统的接触测距而言的,主要是指利用超声波特性和电子计数相结合来进行测量。与传统的接触测距相比,非接触测距有以下优势:
a、 测量深度、长度时,便于操作。
b、 测量深度、长度时,其精确度高,不会因视觉差等主观因素影响其精度。
c、 非接触测量往往只需要少数的人就可以完成,节约了人力物力。
d、 在1些恶劣的环境下非接触测距比接触测距更加安全。
目前非接触测距主要有激光测距,雷达测距,和超声波测距等。而由于超声波测距器制作成本低被广泛应用于现实生活中。超声波测距是1种利用声波特性和电子计数相结合来实现非接触式距离测量的方法。它被广泛应用于非接触式测距系统中还因为超声波测距器具有不受光线、电磁波、粉尘等的干扰, 对恶劣的工作环境具有1定的适应能力,其精度达到工程测距精度的要求等优点。
随着科技的发展,快速、精确的距离测量对人们有着重大的意义。如今非接触测距已经被广泛应用于现实生活中的各个领域,如:测量液位井深、管道长度、车辆自动导航、物体识别等。
超声波测距器虽然早已经广泛地被使用,但还存在着发射超声波的探头直接对接收超声波的探头的影响、超声波的传播速度随着温度的变化,以及其它干扰信号对测量的影响等问题。这几个问题1直是设计人员所关心的问题,它们影响着超声波传感器的性能及其测量精度。本文的非接触测距系统主要是由超声波发生器、超声波接收检测器、显示器等组成,它可以快速、精确的测量出被测距离,并由显示器显示出来。
1.2 设计任务及要求
设计任务:先确定非接触测距的原理,根据实际情况选取各部分电路的芯片型号。决定采用AT89C52或其兼容系列单片机作为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz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。显示电路采用动态显示扫描接口电路,采用4个数码管显示,把4个数码管的笔画段a~g同名端连在1起,而每个数码管的公共极各自受单片机I/O线控制,数码管的段码用74LS244驱动,另外还要加上拉电阻以提高电压,位码采用PNP3极管8550驱动。发射电路主要由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成,单片机P1.0端口输出的40KHz方波信号1

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