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51單片機設計測距儀原理及其簡單應用[ZT]
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標題：51單片機設計測距儀原理及其簡單應用[ZT]
1樓
wangxinxin
發(fā)表于：2010-12-7 13:47:06
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<font color="#003399">5l系列單片機中典型芯片(女[1AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個16b的定時／計數器TO和T1，4個8 b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(E~PROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和<span class="t_tag" onclick="tagshow(event)" href="tag.php?name=%CF%B5%CD%B3">系統(tǒng)</span>中更為有用。該系列單片機引腳與封裝如圖1所示。</font> <img height="345" alt="" src="http://www.jinjubao.com/chao1836.gif" width="351"/> <font color="#003399">5l系列單片機提供以下功能：4 kB存儲器；256 BRAM；32條工／O線；2個16b定時／計數器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘<span class="t_tag" onclick="tagshow(event)" href="tag.php?name=%B5%E7%C2%B7">電路</span>。</font> <font color="#003399">空閑方式：CPU停止工作，而讓RAM、定時／計數器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。</font> <font color="#003399">掉電方式：保存RAM的內容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。</font> <font color="#003399">5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統(tǒng)。</font> <font color="#003399">2 單片機實現(xiàn)測距原理 </font> <font color="#003399">單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差tr，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超聲波波速。</font> <font color="#003399">限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設計方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度<span class="t_tag" onclick="tagshow(event)" href="tag.php?name=%D3%D0%B9%D8">有關</span>，表1。列出了幾種不同溫度下的波速。</font> <img height="94" alt="" src="http://www.jinjubao.com/chao1837.gif" width="383"/> <font color="#003399">在測距時由于溫度變化，可通過溫度傳感器自動探測環(huán)境溫度、確定計算距離時的波速C，較精確地得出該環(huán)境下超聲波經過的路程，提高了測量精確度。波速確定后，只要測得超聲波往返的時間r，即可求得距離5。其系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。</font> <font color="#003399"><img height="158" alt="" src="http://www.jinjubao.com/chao1838.gif" width="346"/> 單片機(AT89C51)發(fā)出短暫的40kHz信號，經放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產生鎖定信號啟動單片機中斷程序，得出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至LED顯示電路進行顯示，若測得的距離超出設定范圍系統(tǒng)將提示聲音報警電路報警。</font> <font color="#003399">AT89C51通過外部引腳P2．0輸出脈沖寬度為25／us、載波為40kHz的超聲波脈沖串，加到射隨器的基級，經功率放大推動超聲波發(fā)射器發(fā)射出去。超聲波接收器將接收到的反射超聲波送到放大器進行放大，然后用鎖相環(huán)電路進行檢波。經處理后輸出低電平，送到AT89C51的引腳利用該原理設計的實例：汽車防撞雷達</font> <font color="#003399">3．1 系統(tǒng)硬件設計</font> <font color="#003399">汽車防撞雷達可以幫助駕駛員及時了解車周圍阻礙情況，防止汽車在轉彎、倒車等情況下撞傷、劃傷。其接收部分硬件電路如圖3所示，發(fā)射、預置＼控制、顯示部分硬件電路如圖4所示。</font> <img height="431" alt="" src="http://www.jinjubao.com/chao1839.gif" width="376"/> <font color="#003399">sP3．2，提供給軟件進行處理。經過AT89C51對接收到的信息進行處理后，被測的距離茬LED上顯示，顯示的數據由串口線RXD和TXD輸出到74LSl64，轉化為并行數據控制LED的顯示，采用動態(tài)顯示。兩位LED可表示4．9～0．1 m的距離，滿足顯示精度；若該距離小于預置的汽車低速安全剎車范圍(如：1 n)或0．5m)，報警電路發(fā)出適當的警告提示音，由P2．1的輸出控制報警電路的工作。</font> <font color="#003399">3．2 系統(tǒng)軟件設計</font> <font color="#003399">汽車防撞雷達根據超聲測距原理用AT89C51單片機開發(fā)設計。整個軟件采用模塊化設計，由主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。</font> <font color="#003399">軟件設計的主要思路是將預置、發(fā)射、接收、顯示、聲音報警等功能編成獨立的模塊，在主程序中采用鍵控循環(huán)的方式，當按下控制鍵后，在一定周期內，依次執(zhí)行各個模塊，調用預置子程序、發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量的結果進行分析處理，根據處理結果決定顯示程序的內容以及是否調用聲音報警程序。當測得距離小于預置距離時，聲音報警程序被調用。圖5所示為程序的流程圖。</font> <img height="377" alt="" src="http://www.jinjubao.com/chao1840.gif" width="285"/> <font color="#003399">4 結 語</font> <font color="#003399">利用51系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數直觀。經實際測試證明，該類測距儀工作穩(wěn)定，能滿足一般近距離測距的要求，且成本較低、有良好的性價比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時間，測得的距離有誤差，在汽車雷達應用中此誤差為3C111可忽略不計；但在精度要求較高的工業(yè)領域如機器人自動測距等方面，此誤差不能忽略，只有通過改變--些硬件的應用實現(xiàn)對超聲波的快速鎖定，使誤差進一步減小到0．31llnl，可以滿足更高要求。 </font>
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