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基于单片机的超声波测距系统研究与设计(最终版) 基于单片机的超声波测距系统研究与设计(最终版)

格式:word 上传:2022-06-25 17:08:27

《基于单片机的超声波测距系统研究与设计(最终版)》修改意见稿

1、“.....超声波接受中断程序及显示子程序组成。语言程序有利于实现较复杂的算法,汇编语言程序则具有较高的效率并且容易精确据算程序运行的时间,而超声波测距器的程序既有较复杂的计算计算距离时,又要求精确计算程序运行时间超声波测距时,所以控制程序可主要采用语言编写。主程序主程序采用语言编写。主程序流程图如下图所示。主程序首先对系统环境初始化,设置定时器工作模式为位的定时计数器模式,置位总中断允许位并给显示端口和清。然后调用超声波发生子程序送出个超声波脉冲。由于采用的晶振,机器周期为,当主程序检测到接收成功的标志位后,将计数器中的数即超声波来回所用的时间按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取时的声速为则有为计数器的计数值。测出距离后结果将以十进制码方式送往显示,然后再发超声波脉冲重复测量过程。当数码管显示的数据超出设定值时,二极管发光产生报警......”

2、“.....作为发生超声波发射器的输出信号。同时打开计数器计时。超声波发生子程序较简单,但要求程序运行时间较准,所以采用嵌套汇编语言程序编写。其流程图如图所示。超声波接收中断子程序超声波测距器主程序利用外中断检测返回超声波信号,旦接收到返回超声波信号引脚出现低电平,立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器停止计时,并将测距成功标志字赋值。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号,则定时器溢出中断将外中断关闭,并将测距成功标志字赋值以表示此次测距不成功。延时子程序在传感器以脉冲反射方式工作的情况下,电压很高的发射电脉冲在激励传感器的同时也进入接收部分。此时,在短时间内放大器的放大倍数会降低,甚至没有放大作用,这种现象称为阻塞......”

3、“.....根据阻塞区内的缺陷回波高度对缺陷进行定量评价会使结果偏低,有时甚至不能发现障碍物,这是需要注意的。由于发射脉冲自身有定的宽度,加上放大器有阻塞问题,在靠近发射脉冲段时间范围内,所要求发现的缺陷往往不能被发现,这段距离成为盲区。延时子程序的作用就是在超声波发射的同时延迟些时间,再打开中断。为的就是防止在超声波发射时接收器就收到反射波。这样就会出现,产生严重的误差。所以要延迟定的时间。本次设计在软件编写调中用了个的延迟子程序。设置计数器初值开启计数器产生方波信号是否发射完返回开始第五章调试及误差分析软件调试在超声波测距仪的硬件安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距,其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同,可适当调整与接收换能器并接的滤波电容的大小,以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力......”

4、“.....接下就是软件的设计调试。在软件中编写并运行调试程序,直至运行成功自动生成后缀名为的文件。图为程序在软件中的编写界面。图程序在软件中的编写界面标准编译器为微控制器的软件开发提供了语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。编译器的功能不断增强,使你可以更加贴近本身,及其它的衍生产品。已被完全集成到的集成开发环境中,这个集成开发环境包含编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。可为它们提供单而灵活的开发环境。包含个器件数据库,可以自动设置汇编器编译器连接定位器及调试器选项,来满足用户充分利用特定微控制器的要求。此数据库包含片上存储器和外围设备的信息,扩展数据指针或者加速器的特性。软件烧录程序运行成功之后,将的文件通过烧录软件下载到单片机运行。烧录软件的特点是将程序源代码下载进单片机内部,而不用编译器。下图为烧录的界面......”

5、“.....测量超声波探头到墙壁的距离,得到如下表结果。表测距实验结果实际距离测量距离实际距离测量距离表数据可以看出,所做的设计是成功的,在以内数据比较稳定,准确。但是在大于时,所测的数据与实际距离误差比较大。因此设定显示数据大于时,二极管发光产生报警。可能是超声波传感器的角度,或其他干扰等原因,由于设计经验的不足和所掌握知识的限制,没有解决此问题。此次被测对象面积比较大,表面平滑,但是如果换个对象当作障碍物如表面凹凸不平,穿透能力很强的物体,又会产生定的误差并且显示不稳定。这是因为被测对象的组成,形状都会对超声波传感器产生定的影响。根据超声张毅刚,彭喜元,姜守达等新编单片机应用设计第二版哈尔滨工业大学出版社,谭定忠传感器与测试技术北京中央广播电视大学出版社,李光飞,楼然苗,胡佳文等单片机课程设计实例指导北京航空航天大学出版社,李建法,李立新......”

6、“.....,,李广弟,朱月秀,王秀山单片机基础北京北京航空航天大学出版社,万光毅,严义,邢春香单片机实验与实验教程北京北京航空航天大学出版社,谭浩强语言程序设计北京清华大学出版社,附录附录硬件实物图附录画的原理图附录二传感器介绍,些物体构成材料会产生较弱的回波,从而减少了最大有效探测范围。光滑,平坦,并垂直于传感器的被测物体与形状不规则的物体相比,前者光束产生更强的回声。个更大的目标相对于个较小的目标,声音的波长会产生个更强有力的回声。所以,本次设计适合的对象为形状规则,表面积比较大,表面光滑平坦的物体。误差分析超声波测距在实际应用也有很多局限性,这都影响了超声波测距的精度。是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同,造成回波信号的起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽......”

7、“.....尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有些因素,诸如环境温度风速等也会对测量造成定的影响,这些因素都限制了超声波测距在些对测量精度要求较高的场合的应用,如何解决这些问题,提高超声波测距的精度,具有较大的现实意义。温度误差由于超声波也是种声波,其声速与温度有关,不同温度下超声波在空气中传播的速度随温度变化的关系式中为绝对温度,。表列出了几种不同温度下的超声波声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。表不同温度下超声波声速表温度声速为了进步搞清楚温度对测距结果的影响程度,可由组数据加以说明。以作为基准,根据公式,以及温度对波速的影响计算在不同温度下的传播时间表。根据声波的传输速率表可知,温度在,传输时间相差为,若选择中间温度的速度,传输时间最大相差只有。也就是说工作在,环境下......”

8、“.....传输时间大概有的差异。设计的测距器在程序编写时如果声速统采用的话,工作在,环境下,速度最大误差不超过,测量距离时,结果的最大误差为,此结果误差已经相当大了。由此得到结论,在工业场合下,温度的影响不容忽视,要能够正确测量,需要在装置中增加温度检测模块,根据检测到的温度,灵活选用声波速度。本次设计的测距器应用场合为常温下测距,因此声速的差别可以暂不考虑,统采用。可是对于工控场合的应用,则需要对此测距器增加温度检测元件,以不至于造成难以接受的偏差。串扰问题设计中,超声波发射极和接收极距离较近,这样,当发射极发射超声波后,有部分超声波没经过障碍物反射就直接绕射到接收极上,这部分信号是无用的,会引起系统误差。设计中采用延时技术来解决这个问题,并设定延时时间为,即在发射极发射超声波内,通过软件关闭外部中断,接收电路对此期间接收到的任何信号不予理睬,后立即开启外部中断的中断开关......”

9、“.....并在接收到回波信号的同时停止计数器。此时所记录的发送脉冲信号的前沿到回波脉冲信号之间的时间才是需要的。当然,这样设计的结果是系统不可避免的产生了测量盲区。盲区为,即障碍物在以内时,系统不能检测。所以本次测量的最小距离为。第六章结束语本次设计持续了约四个月时间。这是个较长时间的学习过程,投入到具体方案实施的时间将近两个月。而在方案设计选择阶段,花了大量的时间去论证方案的可行性,作了很多调整,从中了解到了很多元件的特点,以及使用不同方案的优缺点。本次设计是我第次从事完整意义上的设计,从自己设计方案确定方案采购元件焊接电路,直到调试写毕业论文,全部都是在自己的全心努力下完成的。这是个漫长的过程,特别是在最后的实物调试阶段,花费了大量的时间与经历。同时也学到了很多平时在书本上学不到的知识。通过本次毕业设计......”

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