基于单片机的超声波测距电路的研究-毕业论文设计

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1、目录设计总说明：.3ABSTRACT:.5第一章：超声波测距原理论述71.1超声波介绍71.2超声波测距系统概述91.3超声波测距的基本原理111.4本课题的内容和任务12第二章AVR单片机介绍132.1ATmega16结构框图162.2AVRCPU内核192.3AVRATmega16存储器。192.4AVRATmega16系统时钟192.5系统控制和复位202.6看门狗定时器202.7ATmega16的中断向量（外部中断）202.8具有PWM功能的8位定时器/计时器212.9比较输出模式和波形产生222.10T/C0与T/

2、C1的预分频器242.11串行外设接口－SPI242.12串行外设接口－USART252.13模数转换器252.14JTAG接口和片上调试系统26第三章硬件电路的设计263.1电源电路设计263.2复位电路设计273.3时钟电路设计273.4数码管显示电路283.5报警电路设计30第63页共64页3.6温度补偿电路313.6.1温度计算333.6.2DSl820工作过程命令333.6.3时序333.6.4写时间隙343.6.5读时间隙343.6.6多路测量343.7在线通信电路设计35第四章，超声波发射电路及接收电路的设计3

3、64.1超声波发射电路364.1.1压电陶瓷超声波传感器介绍364.1.2发射电路原理图分析384.2超声波接收电路394.2.1LC震荡选频电路设计：394.2.2比较电路的设计404.2.3接收电路原理图分析40第五章软件设计435.1主程序流程图435.2发射子程序设计445.3温度测量子程序445.4测量子程序465.5计算子程序465.6显示驱动子程序475.7报警子程序47第六章设计心得49致谢50参考文献51附录52第63页共64页基于单片机的超声波测距电路的研究设计总说明：超声波因其指向性强,能量消耗缓慢,在

4、介质中传播距离远等特点,而经常用于进行各种测量.如利用超声波在水中的发射,利用超声波在固体中的传播,可以用作金属探伤、医用A超、B超等.利用超声波测距,使用单片机系统,设计合理,计算处理也较方便,测量精度能达到各种场合使用的要求.这篇应用性设计报告描述了一种基于AVRATMEGA16低功耗单片机的超声波测距系统，本系统发射器对着一个物体发射一定频率的超声波同时接收同频率的超声波，单片机通过计算从超声波发射时刻到接收返回的超声波时刻从而确定超声波通过的时间，根据房间的温度来确定超声波在空气中的速度大概是340m/s,AVR单片

5、机计算二者的距离同时用3个LED驱动电路驱动的LED来显示，显示距离误差大概是±1cm，最小能测量时1cm同时局限于发射器的传感器的设定时间，最大能测量4m，超声波测距发射距离决定与发射物的材质和形状，例如超声波可能被地毯吸收，这样测量的距离就大大的降低，假如反射波接收的频率太低就可能不被系统处理，这样显示就会出现错误。1设计理论：本设计应用基于声波的反射。声波在其传播的介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。如果声波在介质中传播的速度是已知的，而且测量到声波从声源到达目标然后

6、返回声源的时间，从声源到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本应用的测量原理。这里声波传播的介质就是空气，采用不可见的超声波。假设室内超声波的速度是340m/s则可以通过计算超声波通过时间来计算距离，但是实际温度对超声波影响很大，通过可以研究，速度和温度（T为绝对温度）存在一下关系：由于超声波通过的距离是2倍的实际距离，则实际距离是d/2，所以2电路描述：第63页共64页本设计用来发射和接收超声波的设备是40hz压电陶瓷超声波传感器，AVRATMEGA16单片机驱动超声波发射器40hz的方波来源于晶振,波接收器接收回波由于

7、AVRATMEGA16单片机的计时器计算40khz的分辨率是25us是完全胜任我们的设计，我们系统的稳定性来源于晶振的工作。被超声波接收器超声波通过一个运算放大器放大对输入a放大，相对输入a输出超声波的同时触发单片机计时器timer1，捕获的回波被精确计算时间来计算距离。计数器从超声波发射开始计时到收到回波停止，时间被精确记录，我们可以通过DS18B20芯片来确定室温，精确的确定超声波的速度，二者的距离通过AVRATMEGA16精确的计算同时在3个数码管上显示出来，一旦显示出来，单片机就进入休眠状态来节省电力能源。这篇设计的

8、主要电路分析。传感器的输出驱动电路直接由9V电池供电并提供驱动超声波发射器由一个二进制非门CD4049电路实现的。其中一个非门用来为驱动器的一侧提供180度的相移信号。另一侧由相内信号驱动。这种结构使输出端的电压提高了一倍，为发射传感器提供了足够的电压。两个门并联连接以便每一侧能够为传感器