系统框图互联网

1、中北大学朔州校区物联网工程专业无线传感器网络课程设计任务书设计题目： 超声波测距系统设计 专业班级： 13270841 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： XX年XX月XX日至 XX年XX月XX日 ckwd2目录一、课程设计目的1二、课程设计题目1三、课程设计内容、要求11、设计内容12、设计要求1四、传感器工作原理1五、系统框图31、LED显示电路与键盘控制电路设计32、超声波发射电路设计53、超声波接收电路设计64、串口通信与蜂鸣器电路设计7七、软件设计与系统调试91、主程序流程图91.1发射程序与接收流程图91.2 中断子程序及流程图101.3 距离计算与显示子程序11八、设计中的问题及解决方法12九、总结12十、参考文献13一、课程设计目的通过无线传感器网络课程设计，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、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。采用发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。根据温度传感器DS18B20所采集的温

2、度数据来修正测距系统中的声速，从而使超声波测得的距离更准确。功能：1）所有测距和温度数据均通过液晶显示器LCD1602 显示出来，距离精确到毫米，温度精确到小数点后一位（单位：摄氏度）。 2）测量范围：30mm2000mm。3）误差5mm。 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1. 超声波传感器本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式 超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它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率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，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，就成为超声波接收器。超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频

3、率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。图4-1 测距原理图假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为ts，超声波传播速度为vms1表示，则有关系式s=vt2。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（）-30-20-10010203040声速（m/s）313319325332338344350356在本系统中利用AT89S52中的定时器测量超声波传播时间，利用DS18B20测量环境温度，从而提高

4、测距精度。空气中声速与温度的关系可表示为： 声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离：L=1/2(331.4+0.6T)t。2. 温度传感器DS18B20由于声音的速度在不同的温度下有所不同，因此为提高精度，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正。系统采用DS18B20传感器测量温度，DS18B20温度传感器具有不受外界干扰、精度高、测温范围宽等优点。检测电路如图4-3所示，单片机P3.7口接DS18B20数据总线，控制DS18B20进行温度转换和传输数据，数据总线接10 k的上拉电阻，作用是使总线控制器在温度转换期间无需一直保持高电平。 图4-3 温度检测电路五、系统框图显示模块单片机处理单元发射电路温度传感器检测电路发射探头接收探头目标物接收电路六、单元电路设计原理1、超声波发射电路超声波发射电路原理图如图6-1所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超

5、声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R8、R9一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。 图6-1 超声波发射电路原理图压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。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率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，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，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。2、超声波检测接收电路集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路(如图2-3)。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大

6、小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图6-2 超声波接收电路原理图3、单片机最小系统3.1、STC89C52芯片本次设计我们所采用的是STC89C52单片机，是一种带8k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能COMOS8的微处理器，该器件有40引脚，速度较快，价格便宜，烧录方便，通过串口即可下载，还可以实现在线编程，采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。3.2 复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延迟才撤销复位，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。当单片机的复位引脚出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。所以复位引脚的电容大一点没多大关系，顶多是复位时间长一点；但如果电容太小，高电平持续时间太短，则单片机无法正常复位，就不能工作，电容通常取10UF或22UF，铝电解电容即可。 单片机的复位

7、电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电源通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），正因为这样，复位脚由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作。电路图如图6-1。 图6-3 复位电路3.3 晶振电路它是单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作。假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。它是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，晶振和瓷片电容是没有正负的，两个瓷片电容相连的那端一定要接地，如图6-2所示。 图6-4 晶振电路一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差，也能保证温漂等误差。一般处理器的一个机器周期由12个时钟周期所组成。所以单片机用12M晶振，运行速度为1M。4、显示部分本设计显示部分采

8、用字符型LCD1602液晶显示所测距离值。LCD1602显示的容量为2行16个字。液晶显示屏有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。被广泛用于低功耗电子产品和智能仪表中。5、温度检测电路DS18B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片。它具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。DS18B20采用3脚T0-92封装，形如三极管，同时也有8脚SOIC封装，还有6脚的TSOC封装。测温范围为-55+125，在-1085范围内，精度为0.5。每一个DS18B20芯片的ROM中存放了一个64位ID号：前8位是产品类型编号，随后48位是该器件的自身序号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。又因其可以采用寄生电源方式供电。因此，一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，实现多点测温系统。温度传感器的DQ脚与单片机的P1.2管脚相连，用于显示当时的环境温度。并把从外界检测到的温度返回到单片机中，并通过固化在程序中的温度速度表，查得最接近检测到的温度的速度值，代入距离计算公式，从而得到比较精确的距离，提高了超声波测距的精度。七、软件设计与系统调试超声波测距系统的软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序、显示子程序、温度采集程序及距离计算子程序组成。系统程序结构： (1)DS18B20温度传感器接口模块，分为初始化程序、写入命令以及读取子程序等部分； (2)基于LCD1602的显示模块，分为初始化子程序、写入子程序以及显示子程序； (3)温度补偿与距离计算模块、分为超声波发送控制程序、接收处理程序、温度补偿子程序等； (4)本次设计使用C语言编写程序，C语言相比汇编有许多的优势；编译器使用KeilmVersion4进行程序编译，Keil功能强大使用方便。 主程序，分为系统初始化、中断处理以及各个子程序的调度管理等部分。如图7-1所示描述了各个模块的关系：图 7-1系统软件方框图1、 主程序流程图本设计主程序的思想如下： (1)温度为三位显示，分辨率0.1摄氏度，距离为四位显示，单位为mm；

《系统框图互联网》由会员枫**分享，可在线阅读，更多相关《系统框图互联网》请在金锄头文库上搜索。