基于单片机的超声波体检机课程设计论文

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1、XX大学《单片机原理与应用》课程论文课程论文题目基于单片机的超声波体检计院系名称专业（班级）姓名（学号）指导教师2012年6月17日一、需求分析1、需求：设计一款体检机，通过超声的原理测量人的身高，同时通过别的传感器来测量人的体重。测量得到的结果一方面显示在显示屏上，另一方面通过串口或者无线以一定的数据格式发送到中心PC机上。2、分析：所设计的体检计要求能够完成四项基本任务：①测量身高②测量体重③在显示屏上显示测量结果④将测量结果发送给PC二、概要设计本设计大致可分为四个模块:（1）键盘控制模块，用来发送启动，终止等控制命令（2）超声波测距模块,用来测量身

2、高（3）压力测量模块,用来测量体重（4）LED显示模块,用来显示身高和体重整体方案如下图所示：AT89C52单片机超声波测距模块压力感应测量模块LED显示屏显示模块PC机键盘控制模块三、硬件设计1、超声波测距模块本系统采用AT89C52单片机作为主控制器，超声波发射驱动需要的40kHz脉冲由单片机P0．0发出，使用定时器进行计时和控制，超声波接收使用CX20106A作为接收主控芯片，使用DS18B20作为温度传感器进行温度校正。超声波测距器的系统原理图如下图所示。超声波在不同环境温度下传播速度不同，如忽略温度影响，将影响最终测量精度。本文介绍的超声波测距测

3、距方法采用渡越时间检测法，使用了DS18B20温度传感器对现场温度进行检测，并通过软件计算实现波速的温度补偿，消除了温度对测量结果的影响，使测量误差降低。（1）超声波的发射电路设计超声波发送模块是由超声波发射探头组成的，单片机的P0．0端口直接发送40kHz的信号，使用9012三极管做为驱动放大，驱动压电晶片超声波换能器产生超声波，超声波发射电路如图3所示。超声波发射子程序的流程是，发射时首先装填计时器，并且开始计时，当超声波发射完毕时，定时器计时完毕，并且重新装填等待下次发射。（2）超声波接收电路设计在接收电路中使用了红外线接收处理芯片CX20106A，

4、因为它处理的是38kHz的红外信号，而40kHz的超声波信号和它比较接近，并且CX20106A芯片具有很强的抗干扰能力，这个芯片的外围电路很简单而且通过外围电阻调节它的中心处理频率，通过改变外围电路电容的大小也可以改变接收电路灵敏度和抗干扰能力。经过试验后发现用单片机发40kHz信号与使用CX20106A的电路搭配更加简单合理，使得时间的计算更为精确。（3）温度补偿电路设计本系统中，选择使用温度芯片DS18B20作为温度传感器。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55～125℃，在-10～85℃范围内，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线

5、总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20引脚说明如下所示。  DS18B20是在一根I／O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。 温度补偿电路的设计如图6所示，数据输入／输出脚连接到单片机的P0．1脚，电源接口接入+5V的电压，外加5．6kΩ的上拉电阻，因为DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果DS18B20没接电源，则需要数据线强上拉，给DS18B2

6、0供电；如果DS18B20接有电源，则需要一个上拉即可稳定的工作。由于DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，检测的温度值在内部进行转换，温度测量结果直接以数字信号输出，单片机对由DS18B20输出的信号进行读取，经过软件对温度数字值实现处理。（4）主电路原理图该系统主电路原理图如图7所示，单片机采用89C52系列，单片机使用外部时钟源，外接6MHZ的晶振，由P0．0口直接输出40KHZ的驱动信号给放大电路。接收到回波后，经由CX20106的滤波，产生中断信号，并由p3．2口输出进行中断。 2、压力

7、感应测量模块压力传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图4.1.1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放大

8、电路部分。（2）A/D转化电路这里我们选用逐次逼近型，即ADC08