出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过数码管模块将待测距离显示出来该超声波测距仪的设计要求如下
1 设计制作超声波发射和接收电路 2 设计制作单片机系统带有数码管显示电路 3 编写单片机程序计算和显示距离 第二章 总体设计 21 系统框图
本设计超声波传感器使用HC-SR04温度传感器使用DS18B20微处理器使用STC89C51单片机显示部分采用共阳数码管超声波传感器HC-SR04中集成的发射电路模块发出超声波遇到障碍物返回最后被接收电路模块接收STC89C51单片机统计出声波传输所用时间结合温度传感器DS18B20所测温度计算出实时的声速并得到正确的待测距离最后通过4个共阳数码管将待测距离显示出来
图21 系统基本框图 22 使用元件选择
由于测量距离的精度和长度要求不是很高精度达到2cm测量距离达到2m即可因此超声波传感器选用价格低廉且实用的HC-SR04即可
控制核心部分选择实用的STC89C51单片机即可满足计算和控制要求
用于温度补偿的温度传感器选择普遍且实用的DS18B20 因为显示只需要将距离显示出来就可以了所以显示部分选择了
四只共阳数码管
第三章 系统硬件设计
该超声波测距系统硬件设计包括以下模块超声波传感器电路模块微处理器模块温度传感器模块和数码管显示电路模块
31 超声波传感器电路模块
HC-SR04超声波传感器模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能测距精度可高达3mm模块包括超声波发射器接收器与控制电路
maxbook118com HC-SR04实物图 图31 HC-SR04超声波模块实物图 maxbook118com HC-SR04的主要技术参数 所用工作电压直流5V电压 工作静态电流小于2mA
电平输出高电平为5V低电平为0V 感应角度不大于15度 探测距离及精度2cm-450cm 高精度可达3mm
maxbook118com HC-SR04内部结构与工作原理 图31 HC-SR04发射电路图
图32 HC-SR04接收电路图 该超声波传感器的内部结构及电路工作原理如图所示该传感器主要包括两大部分发射电路和接收电路采用IO触发测距给至少10us
的高电平信号模块自动发送8个40kHz的方波并自动检测是否有信号返回当接收到回波时通过IO输出一高电平高电平持续的时间t就是超声波从发射到返回的时间测试距离s tv 2v是超声波在空气中传播的速度
maxbook118com 发射电路的设计
超声波传感器的发射电路主要由方波发生芯片40kHz的晶振和MAX232芯片构成单片机给方波发生芯片触发信号后方波发生芯片开始工作产生40kHz的方波信号电平转换芯片MAX232将TTL电平转换成可以驱动振荡器的高电压进而产生所需的40kHz的超声波
maxbook118com 接收电路的设计
本设计中选用的TL740C芯片采用了前置放大电路带通滤波电路后级放大电路将接收到的波形经过整形积分检波滤波和限幅放大等实现接收超声波的功能
当距离较远时回波信号会非常微弱转换后的信号电平幅值很小故要经过若干级放大使输出功率达到一定要求并且为了防止信号出现较大的失真接收电路可以保证有4MHz的带宽放大后的交流信号送入比较器后输出一个方波信号并使触发器触发向CPU发出中断请求在中断服务程序中读取计数器的计数值结合温度补偿后的声速计算出测距仪距离障碍物的距离
32 温度传感器模块
maxbook118com DS18B20实物图与引脚定义
图33 DS18B20实物图
DS18B20各引脚描述
管脚号 符号 功 能 1 GND 电源地 2 DQ 数据输入输出 3 VDD 电源可选
表31 DS18B20管脚描述
DS18B20数字温度计以9位数字量的形式反映器件的温度值通过一根单线接口发送和接收信息因此在单片机和DS18B20之间仅需一条连接线加上地线用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得无需外部电源
maxbook118com DS18B20的主要特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗
测温范围-55℃～125℃华氏器件-67℉～257℉以09℉递增 温度以9位数字量读出
温度数字量转换时间200ms典型值 用户可定义的非易失性温度报警设置
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器件
应用包括温度控制工业系统消费品温度计或任何热感测系统 maxbook118com DS18B20的工作原理
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