基于单片机的超声波测距报警系统设计

综合性课程设计报告基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计

院系：计算机与通信工程学院

专业：电子信息工程

学号：

姓名：

指导教师：

设计时间：2012/6/27

综合课程设计任务书

专业：电子信息工程班级：4091603：

设计题目：基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计

一、设计实验条件

keil C和proteus仿真软件

二、设计任务

1)总体功能设计

2)硬件电路设计

3)软件设计

4)工作总结

三、设计说明书的容

1．设计题目与设计任务（设计任务书）

2．前言（绪论）(设计的目的、意义等)

3．主体设计部分（各部分设计容、总结分析、结论等）

4．结束语

5．参考文献

（答辩时间18周星期日晚7：30，地点：综合楼1313室）

四、设计时间与设计时间安排

1、设计时间：2周

2、设计时间安排：

熟悉实验设备、实验、收集资料：2 天

设计计算、绘制技术图纸：5 天

编写课程设计说明书：2 天

答辩：1 天

一、设计题目 (2)

二、设计任务及要求 (3)

三、设计容 (3)

1.绪论 (3)

2.总体方案 (4)

2.1 总体设计方案 (4)

2.2超声波测距框图 (4)

3.系统硬件设计 (5)

3.1 硬件设计方案 (5)

3.2 各主要模块的硬件设计 (6)

4.系统软件设计 (10)

4.1 程序设计 (10)

4.2 程序流程图 (10)

四、结束语 (13)

五、参考文献 (13)

附录A 系统仿真图 (14)

附录B程序代码 (15)

一、设计题目

基于proteus仿真软件的超声波测距报警控制器设计

二、设计任务及要求

利用所学数字电子技术、信号处理、控制等技术，设计、制作并调试完成一个单片机最小化系统。在此基础上，将最小系统与综合实验开发平台上的超声波模块、显示模块进行正确的连接（如图1.1所示），使单片机可接收超声波模块输出的测量信号，并对其进行合理的处理后，在显示模块上实时显示超声波模块与障碍物的距离。

图1.1 系统连接示意图

具体要求：

1、实验开发平台上的数码管可实时显示障碍物与超声波的距离信息，单位为mm；

2、当测试距离大于0.5m时报警。

三、设计容

1.绪论

利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播，由被待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。

超声波是由机械振动产生，可在不同介质中以不同的速度传播。而且超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测。并且超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点，超声波传感器可广泛应用于非接触式的位置距离检测。

2.总体方案

2.1 总体设计方案

根据设计要求并综合各方面因素，本次设计AT89C52单片机作为控制器，用动态扫描法实现数码管显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。由单片机AT89C52编程产生125kHz的方波，经P3.0口连接到开发平台的超声波模块发送超声波，再经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出的超声波经障碍物反射回来后，经过P3.2口由超声波接收头接收到信号。通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，送至单片机。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制在开发平台的显示模块中显示出来。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。

2.2超声波测距框图

单片机发出125kHZ的方波信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t；再通过软件编程进行判别、计算，得出所测距离数并经由LED数码管显示，其原理框图如图2.1。

图2.1 超声波测距仪原理框图

发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t。由公式：测出的距离()m

L=常温下的声速

340 )

m感应时间2

t，算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，

)

其声速v与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的，本次设计将声速设定为344m/s。

3.系统硬件设计

3.1 硬件设计方案

3.1.1超声波测距原理

T时刻发射方波，同时启动计数器开始计时，当收到回波后，产单片机在

生一个负跳变沿信号到单片机的外部中端口，单片机响应中断程序，计数器停止计数。计算时间差，即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。其时序图如图3.1所示。

图3.1 超声波时序图

3.1.2硬件电路设计

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路，报警模块四部分。单片机采用AT89C52，使用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P3.0端口输出超声波换能器所需的125kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用P0口控制，位码用P2口控制。