智能化测控应用系统设计报告正文

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1、西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告目录1前言12总体方案设计22.1方案一：采用单片机来控制超声波测距22.2方案二：采用锁相环频率合成技术33单元模块设计43.151系列单片机的功能特点43.2单片机控制LED显示53.3键盘输入63.4超声波发射电路73.5超声波接收电路84软件设计104.1主程序流程图104.2外中断程序114.3超声波发射程序114.4键扫描子程序125系统调试136结论147总结与体会158参考文献16附录17设计电路图17相关设计程序：18第19页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告1前言目前,非接触式测距仪常采用超声波

2、、激光和雷达。但激光和雷达测距仪造价偏高,不利于广泛的普及应用,在某些应用领域有其局限性,一般仅用于军事工业。相比之下,超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低,且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。所以超声波测距在各种场合均得到广泛应用,如倒车防撞雷达、海洋测量、物体识别、工业自动控制,建筑工程测量和机器人视觉识别。本课题设计了一种以AT89C52单片机为核心的低成本、高精度、小型化的超声波传感器测距仪，其硬件电路和软件程序设计思

3、路清晰，方案简单可行，而且利用51系列单片机设计的测距仪便于操作、读数直观，该类测距仪工作稳定，能满足一般近距离测距的要求，且成本较低、有良好的性价比。第19页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告2总体方案设计2.1方案一：采用单片机来控制超声波测距采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的

4、时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：原理框图如2.1所示：开始测量超声波信号开定时器关定时器数据运算显示器接收检测超声波探头超声波探头驱动电路图2.1超声波测距原理图根据设计任务要求，采用AT89C52单片机，配置时钟电路，复位电路构成单片机最小系统，由模拟电路和数字电路构成超声波发射、接收模块。由键盘，LED显示构成人机对话通道，构成由单片机最小系统来控制的超声波测距仪，其结构框图如下：第19页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告单片机最小系统发射、接收（模拟电路）信号保持（数字电路）按键、LED显示图2.2系统机构框图2.2方案二：采用锁相环

5、频率合成技术采用锁相环频率合成技术，也可以实现我们所需要的超声波测距仪。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生超声波所需要的频率，在通过信号线将采用锁频率相合成技术得到的频率引到超声波的发射头上，这样就可以实现超声波测距。它的优点就是工作频率可调，也可以达到很高的频率分辨率；缺点是要求使用的滤波器通带可变，实现很困难。它的原理如图2.3所示：图2.3锁相环频率合成电路框图综上所述，基于对超声波频率的控制和整个仪器的设计难度，我们选择第一种设计方案。第19页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告3单元模块设计3.151系列单片机的功能特点5l系列单片机中典型芯片(A

6、T89C52)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图3.1所示。图3.151系列单片机最小系统5l系列单片机提供以下功能：4kB存储器；256BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及

7、时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时／计数器、串行口和中断系统继续工作。第19页西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。3.2单片机控制LED显示LED数码管显示：·图3.2LED数码管显示在此模块中,我们小组是利用STC89C52单片机的P2口对LED数码管进行控制，单片机所计算的距离再有