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1、 传感器课程设计学生姓名： 叶琳专 业： 自动化学 号： 121141135所属学院: 航空自动化学院 二一四年十二月目 录1、 设计目的22、 设计任务及要求23、 超声波传感器模块23.1、特点23.2、工作原理23.3、实物图23.4、电气参数23.5、超声波时序图34、硬件电路分析34.1、发射电路44.2、接收电路44.3、检测电路55、 程序设计66、 思考问题67、 课程设计感悟7 附录8一、 设计目的：1） 掌握超声波传感器测距的工作原理；2） 了解超声波传感器的具体应用3） 加深对电子电路方面知识的理解；4） 掌握智能控制系统的设计方法，及C语言软件编程及调试方法；5） 加强
2、学生的实际动手能力，建立学生将课程内容与实际生活相结合的意识。二、 设计任务及要求：1） 要求以AT89C51单片机为控制器，以超声波传感器模块为传感单元，设计一个测距系统。2） 系统根据所测到的距离，点亮不同的LED灯，要求当系统与障碍物的距离为1m时点亮1个LED灯，2m时点亮2个LED灯，5m时点亮5个LED灯。3） 当距离小于0.5m时驱动蜂鸣器报警，该系统不需要显示具体距离。三、 超声波传感器模块1、 特点：HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。2、 工作原理：基本工作原理：(1)采
3、用IO 口TRIG 触发测距，给最少10us 的高电平信呈。(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO 口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2;3、 实物图： 如右图接线，VCC 供5V电源， GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。4、 电气参数： 5、超声波时序图： 以上时序图表明你只需要提供一个10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8 个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响
4、信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响。四、 硬件电路分析：系统硬件电路主要包括3个部分：发射电路、检测电路、显示电路。系统整体框图如下图所示。发射电路采用单片机端口编程输出40KHz左右的方波脉冲信号，同时开启内部定时器T0。单片机的输出端口一般驱动能力较弱，为增大测量距离可在发射电路上增加功率放大电路。从接收传感器探头传来的超声回波很微弱（几十个mV级），又存在较强的噪声，所以必须增
5、加放大电路和抑制噪声电路。1、 发射电路：发射电路主要目的是抬高输入到发射探头的电压及功率。单电源乙类互补对称功率放大电路就有此功能。该电路如图所示：2、 接收电路：接收电路主要包括两部分：前置放大电路和带通滤波电路。前置放大电路单元的作用是对有用的信号进行放大，并抑制其他的噪声和干扰，从而达到最大信噪比。电路如图所示：在传感器接收的信号中，除了障碍物反射的回波外，总混有杂波和干扰脉冲等环境噪声，而前端放大电路在放大有用信号的同时，会将一部分噪声信号同时放大，并没有提高输入信号的信噪比。可用运算放大器构成一带通滤波器，滤除干扰。电路如图所示：3、 检测电路：检测电路要求保证每次接收信号都能被准
6、确地鉴别出来，通常利用比较器将输入信号与某一固定电平进行比较，输出不同的电平来产生上升或下降沿触发，转换成数字脉冲去触发单片机引脚。电路如图所示：五、 程序设计：根据超声波传感器的原理可以设计程序，整个系统软件结构分为主程序、延时程序、定时器中断程序。 延时程序 定时器中断 主程序 P00接蜂鸣器P01-P05分别接5分LED发光二极管P34 超声波模块的触发IO口P32 超声波模块的接收IO口六、 思考问题：测距时，被测物体的面积不少于0.5平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。为什么？ 本次实验采用的HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能。也就是
7、最大测量距离为4m，由于距离较远，超声波的峰峰值有可能超过0.5-1m，造成不能反射回波，所以被测物体面积不少于0.5平方米可测量最大值4m。七、 课程设计感悟： 两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。附录：程序代码#includeunsigned int counter=0;/用来中断计数double time=0.0;/时间变量，单位是msdouble di
8、stance=0.0;/距离变量，单位是cmsbit Trig=P34;/超声波模块的触发IO口sbit Echo=P32;/超声波模块的接收IO口void Timer0Init()/定时器0初始化，每1us中断一次TMOD=0x01;TH0=(65536-1)/256;TL0=(65536-1)%256;EA=1;ET0=1;void delay(int z)/简略延迟函数，延迟z毫秒int i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void main()Timer0Init();/定时器0初始化Trig=0;/超声波模块置低电平，初始化Echo=0;/同上P1=
9、0x01;/初始化，让灯不亮，蜂鸣器不响delay(5);/延迟5mswhile(1)TR0=1;/打开定时器0，开始计数Trig=1;/给出发端20us的高电平while(counter=20);Trig=0;TR0=0;/关闭定时器，停止计数counter=0;/计数值清0while(!(Echo=1);/等待接收端返回高电平的信号，接收不到（也就是说为低电平）就继续等待TR0=1;/接收到返回信号后开始计时while(!(Echo=0);/等待返回信号结束TR0=0;/停止计时time=counter*1.0/1000.0;/计算时间，单位为mscounter=0;/counter作用已
10、经结束，所以清0distance=time*17.0;/计算距离，单位为cmif(distance=50.0)P1=0x00;else if(distance=100.0)P1=0x03;else if(distance=200.0)P1=0x07;else if(distance=300.0)P1=0x0f;else if(distance=400.0)P1=0x1f;else if(distance=500.0)P1=0x3f;delay(100);/延迟100ms,等待下一周期void Timer0() interrupt 1TH0=(65536-1)/256;TL0=(65536-1)%256;counter+;/counter每1us自加一次
