基于单片机的超声波测距系统Word修改 - 图文(2)

外围应用电路、输入/输出设备三部分构成。系统在运行过程中所需要的全部程序称作软件部分。在设计单片机应用系统时，主要包括总体、硬件、软件设计等多个阶段。作为系统的核心控制单元，STC89C52单片机在测量过程中发挥着重要的作用。如果测量距离小于所预设的距离，将主控芯片所测定的距离与预期设定值进行对比，此后蜂鸣器进行报警。 本设计如果完成后放在汽车上，能够大大加强汽车的安全性能。在汽车行车跟车过程中，保持安全距离是安全行驶的保障，本设计可以实现实时监控跟车距离，以保证安全行驶。此外，在倒车时，此报警器也能够充分发挥优势，既可以显示当前安全倒车距离，又能在距离过近时给予报警提醒。整体设计方框图，如图1所示。

图1 系统整体方框图

2.1系统功能

超声波测距仪可应用于反向，在一些工程施工现场监测等方面的应用较为广泛。它能够测量1-200cm范围的距离，测量的对象相对较多，如管道长度、整体厚度等。有效不能进行测量的物体，可通过此种方法进行测量。

2.2超声波测距原理

回声探测法是在进行超声探测过程中最为典型的方法。应用超声波发射器可将向某个方向将超声波发射，超声波能够在空气中进行传播。如果中途遇到障碍物，此时就可能会折返，以接收到反射波为准来记录终止时间。超声波在空气中以340m/s的速度进行传输。此时可将记录的时间作为t，这样就可以得到障碍物与发射点间的距离，可用s=340t/2表示。

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超声波作为声波的一种类型。温度也会影响超声波的速度。在应该有超声波进行测速的过程中，应考虑到温度因素，并认为温度在超声波传输过程中并未发生较大的变化。如果实验的精确度要求较高，此时就可以借助温度补偿的方法来对测量结果进行调整（如下表1）。在确定声速后，可根据声波在介质中的传播时间，就可以得到相应的距离

表1 温度与声速变化

【8】

。

通过上表可以看出，如果声速已知，那么只要确定超声波在介质内的往返时间，结合下面公式，就可以求得两者间的距离。下图2为超声波测距的原理图。

图2 超声波的测距原理

H?Scos?

(1)

??arctg(L)H

(2)

上式中: L---两探头间距离的一半。 超声波的传输距离为：

2S?vt

(3)

5

式中：v—超声波在某种介质内的传播速度；t—超声波信号从发出到接收所消耗的时间。应用以下公式可得到：

H?1Lvtcos[arctg]2H

(4)

此外，在所设定的温度下，超声波的传播速度v可作为一个常数。此时进行测量的距离H数值要大。（4）可变为：

(5)

H?1vt2

因此，只需确定超声波的传播时间，就可以求得测量距离H。

3、系统硬件设计

3.1单片机最小系统及显示电路

在本课题中，单片机型号为AT89S52。系统中晶体精密度较高，时钟频率并未发生较大的变化，测量过程中的精确度较高。与P1.0口40千赫的方波信号的MCU被发送到超声波换能器，在获取返回信号时，可应用超声波接收电路输出的外部中断0接口。在显示电路中，主要应用简易性的四人合力阳LED数码管，代码74LS245进行驱动，具有74LS07驱动器代码。单片机系统及显示电路如图3所示。

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图3单片机及显示系统电路图

在本课题中，显示模块为数码管显示。与传统的方式不同，本次主要采用了四位集成数码管。

图4 数码管引脚图

依据共极端可将数码管分为两类，主要由共阳极与共阴极两部分。对于共阳极，它主要是全部的LED阳极与一个接点相联系。但是，a、b、c、d、e、f、g属于每个LED的阴极。共阳极与共阴极是相似的，只是LED全部的阴极连接到某个接点上。但是每个点属于LED的阳极。结合下图4可以看出，八条线内所具有的发光二极管与图12中的各段进行对应，这样就可将数码管中显示的数字可借助二极管的控制加以实现

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【11】

。

发光二极管显示器有两类，即静态与动态。动态显示是在发光时，主要以脉冲电流持续供电，借助单片机来对二极管端口进行控制，二极管以交替点亮的方式进行。静态显示在点亮过程中维持以恒定的电流，但是每个引脚都具有锁存功能。在编写程序时，主要控制的目标是对二极管进行控制，对应的接口电路不会发生改变。假设所显示的数据不同，此时就需要再次编写程序。

当二级管处在工作状态时，处于运行模式的只有一个数码管，其耗能相对较低。因此，本课题应用动态扫描的模式。

图5数码管内部结构图

在本次课题中，主要应用的一种四位数码管。此种数码管在应用过程得到了广泛的应用。其中，主要由a~dp 8根数据线组成。与单独使用四个数码管相比，此种方法更加经济。数码管外部引脚总数为十二个，除了8根引脚线外，还包括四个公共端，其内部含有四个数码管，共同组成了外部的十二个引脚。下图6为共阴极的四位数码管内部构造。其中，上部公共端为四个，引脚线位于下面，共八根。在排列引脚时，将左下角的引脚作为第一个，按逆时针方向进行排列，顺序如下。

图6 四位数码管内部结构图

四位数码管实物图如图7所示

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