传感器与测试技术课程设计.

0传感器与测试技术课程设计题目 超声波测距系统设计 学校 四川广播电视大学 专业 机械设计制造及其自动化班级 135100083012502姓名 陈康峰 学号 1351001223255 指导教师 熊纪宇 完成时间 2014 年 4 月 18 号 1目录一、课程设计目的 2二、课程设计题目 2三、课程设计内容及要求 21、设计内容 .22、设计要求 .2四、传感器工作原理 2五、系统框图 4六、单元电路设计原理 41、LED 显示电路与键盘控制电路设计 .42、超声波发射电路设计 .53、超声波接收电路设计 .74 、串口通信与蜂鸣器电路设计 8七、 软件设计与系统调试 .91、 主程序流程图 .101.1 发射程序与接收流程图 .101.2 中断子程序及流程图 .111.3 距离计算与显示子程序 .12八、设计中的问题及解决方法 .13九、参考文献 .142一、 课程设计目的通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 二、 课程设计题目：超声波测距系统设计三、课程设计内容及要求1、设计内容采用 40KHz 的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。功能：1）LED 数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm） 。2）测量范围：30cm～200cm，3）误差＜0.5cm。4）其它。2、设计要求1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。2）独立设计原理图及相应的硬件电路。3） 设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图四、传感器工作原理超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声接收波换能器。超声测距大致有以下方法：① 取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；② 测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，测距原理如图2-1 所示，距离公式为 s=ct/2，其中 c 为声速。通过测量发射与接受装置之间的距离 h， 利用直角三角形可求得 。因为 s》h，则 d=s，d=s= ct/2。本测量电路22/hsd）（采用第二种方案。3目标h dS图 4-1 测距原理图在空气中，常温下超声波的传播速度是 334 米/秒，但其传播速度 v 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高 1℃，声速增加约 0.6米/秒。声速与温度关系如表 4-2 所示。因此在测距精度要求很高的情况下，应通过对温度补偿的方法对传播速度加以校正。已知现场环境温度 T 时，超声波传播速度 V 的计算公式可近似如下：V=331.5+0.607T这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差 t 以及现场环境温度 T，就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。表 4-2 声速与温度关系表：温度（℃）-30 -20 -10 0 10 20 30 40声速（m/s）313 319 325 332 338 344 350 3564五、系统框图障碍物单片机发射电路接收电路发射发射接收接收通信接口L E D 显示电路六、单元电路设计原理1、LED 显示电路与键盘控制电路设计显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单最直观的显示器可以使用LED 发光二极管，而复杂的教完整的显示器应该是 CRT 监视器或者屏幕较大的 LCD 液晶屏。综合课题的实际要求，由于只需显示距障碍物的距离，因此选用 LED 数码管，通过单片机编程实现显示。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的 8 个笔划断 a—dp 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 COM 是各自独立的受 I/O 线的控制。CPU 向字段输出口送出字型码时，所有显示器接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于 COM 端，而这一端是由 I/O 控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显示器轮流点亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间是极为短