传感器技术检测课程设计

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1、 目 录 一、课程设计目的 2 二、课程设计题目 2 三、课程设计内容及要求 2 1、设计内容. 2 2、设计要求. 2 四、传感器工作原理 2 五、系统框图 3 六、单元电路设计原理 4 1、LED 显示电路与键盘控制电路设计 4 2、超声波发射电路设计. 5 3、超声波接收电路设计. 7 4 、串口通信与蜂鸣器电路设计. 8 七、 软件设计与系统调试 9 1、 主程序流程图. 10 1.1 发射程序与接收流程图. 10 1.2 中断子程序及流程图. 11 1.3 距离计算与显示子程序. 12 八、设计中的问题及解决方法 13 九、参考文献 15 1 一、一、 课程设计目的课程设计目的 通过

2、传感器及检测技术课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法 和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计 和应用。 二二、课程设计题目、课程设计题目 超声波测距系统设计 三、三、课程课程设计内容设计内容及要求及要求 1、设计内容 采用 40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之 间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。 功能：1）LED 数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm） 。 2）测量范围：30cm200cm， 3）误差0.5cm。 4）其它。 2、设计要求 1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2）独立

3、设计原理图及相应的硬件电路。 3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。并附上详细的原理图 四四、传感器工作原理传感器工作原理 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。 当它的两极外加脉冲 信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共 振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超 声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声接收波换 能器。超声测距大致有以下方法： 取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅 值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离； 测量输出脉冲的宽度， 即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t

4、，测距原理如图 2-1 所示，距离公式为 s=ct/2，其中 c 为声速。通过测量发射与接受装置之间的距离 h， 利用直角三角 形可求得 22 2/hsd）（。因为 sh，则 d=s，d=s= ct/2。本测量电路采用第二 种方案。 2 图 4-1 测距原理图 在空气中，常温下超声波的传播速度是 334 米/秒，但其传播速度 v 易受空 气中温度、 湿度、 压强等因素的影响， 其中受温度的影响较大， 如温度每升高 1， 声速增加约 0.6 米/秒。声速与温度关系如表 4-2 所示。因此在测距精度要求很高 的情况下，应通过对温度补偿的方法对传播速度加以校正。已知现场环境温度 T 时，超声波传播速

5、度 V 的计算公式可近似如下： V=331.5+0.607T 这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差 t 以及现场环境温度 T，就 可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。 表 4-2 声速与温度关系表： 温度 （） -30 -20 -10 0 10 20 30 40 声速 （m/s） 313 319 325 332 338 344 350 356 五五、系统框图系统框图 目 标 h d S 3 障碍物 单片机 发射电路 接收电路 发射 发射 接收 接收 通信接口 LED显示电 路 六、单元电路设计原理六、单元电路设计原理 1、LED 显示电路与键盘控制电路设计 显示器是一个典型的输出设备

6、，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子 产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单最直观 的显示器可以使用 LED 发光二极管， 而复杂的教完整的显示器应该是 CRT 监视 器或者屏幕较大的 LCD 液晶屏。综合课题的实际要求，由于只需显示距障碍物 的距离，因此选用 LED 数码管，通过单片机编程实现显示。 动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口 电路是把所有显示器的 8 个笔划断 adp 同名端连在一起， 而每一个显示器的公 共极 COM 是各自独立的受 I/O 线的控制。CPU 向字段输出口送出字型码时，所 有显示器接收到相同的字型码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于 COM 端，而 这一端是由 I/O 控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动 态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的 COM 端，使各个显 示器轮流点亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约 1ms） ，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显 示器并非人同