工 学 院 毕 业 设 计（ 论 文 ） 课题：超声波避障系统设计 班级：机电072班 姓名：罗家亮 学号：1664070212 指导老师：权悦 超声波避障系统设计 概述 随着科学技术的不断发展进步，超声波检 测避障技术也得到重视。超声波检测避障 ，以其特有的性质，应用在医学，军事， 工业技术中。 总体设计思路 本设计由AT89C51单片机为计时主控单元，功能由外围电 路完成，包括发射电路，接收电路，显示电路，温度监测 电路，报警电路，电源电路等。 AT89C51 电源电路 温度电路 接收电路 发射电路 显示电路 报警电路 发射探头 接收探头 工作流程 开始 单片机 发射电路工作 接收引脚扫描 接收完成 报警显示数据 有回波时 温度监测 超声波测距原理 超声波测距是利用超声波的声阻抗特性，当声波遇到两个 声阻抗特性不同的介质时就会发生反射，如左图。声波通 过发射探头发射出去时，计时器开始计时，当接收脚接收 到声波回波时，计时停止。如右图，脉冲信号发射后，时 隔t时间后，被接收，如果知道当时的声速v，就可以由位 移公式S=vt/2求出。 声波的反射 发射接收时差t 温度对声速的影响 温度的变化对声速的影响非常明显，温度对声速 的影响见下表。 表中的数据得知，温度的升高使得声速变大，且 变化明显可见，因此在设计中不得不考虑温度对 声音的影响。 温度 3020100102030100 声速 313 319 325 333 338 344 349 386 硬件电路设计 发射电路 发射电路自单片机引脚P1.0开始，经由晶体管，跳线器， 变压器等部分。如图： 发射电路仿真 上图的发射电路同时可以进行仿真，图中标志A、B、C、D 、E个点，在用作图软件仿真时，软件自带四踪示波器， 可同时跟踪显示4路信号，将发射端一线接地，一线引入 示波器，同时引入B、C点信号，对比有： A点信号 B点信号 C点信号 显示中可以看出A点的信号被放大了，信号未显示为方波，是因为变压 器的电感影响。上图E点的电平值为5V，如果拟定3V，则如波图如下 ： 从图中知道，3V时，A、B幅值有所降低，因为E点加入的电平高于C点 ，当E点的值变化时，将影响A点的值，从这点可以看出，通过控制E 点的电压，能够影响发射端的强弱，我们会根据不同的运用场合，变 化E点的值，达到不同的效果 接收电路 接收电路采用TL852作为处理，TL852是专用的超声波测距 避障模块，用专用模块采集处理，对信息有很好的保护， 不至失真。其图如下： 上述电路图只是对信号的处理，程序设定中，单片机是要 接收中断信号的，单片机引脚扫描一引脚，无信号时，计 时不中断，当信号过来时，计时停止。但TL852处理的信 号是不能被单片机扫描接收的，所以还有一个信号处理电 路，它是为了将TL852的输出转换为单片机需要的中断信 号其电路如图所示 ： 发射与接收传感器 本次设计综合各方面的因素考虑，决定采用运用较为广泛的TCT40 16T作为超声波发射探头，采用TCT4016R作为超声波的接受探头 ，TCT4016T/R具有抗温度、湿度的能力，环境的温度湿度变化对 其性能影响不大，能在极其恶劣的条件下较为稳定工作，而且TCT40 16T/R具有很好的抗撞击、振动的能力 。实际上，超声波的接收和 发射探头是集成在一起的，如图： 显示电路 显示电路先用74LS244处理来自单片机的信息，然后连接 显示器。显示器用共阳极二极管。显示电路如下： 显示电路仿真 仿真时，对单片机下载程序，由程序知，显示引脚连接 P0.0P0.7,P2.0P2.2.但是没有中断信号进来，显示器的 显示如图： 温度电路 为满足精度要求，在整个设计中，我们考虑温度的影响。 温度传感器种类众多，在高精度，高可靠性的场合，由 DALLAS公司生产的DS18B20将作为首选，它体积小、功率 小、抗干扰能力强。加入温度监测，电路如图： 报警电路 由于是避障系统，当距离达到或小于某一数值时，希望能被报警，引 起警戒，所以设计中加入了报警系统，它由单片机控制蜂鸣器来工作 。我们设定S0为警戒报警值，当S S0时，单片机一引脚导通，经三极 管对信号放大，蜂鸣器响起，其电路图如图： 单片机的选择 本次设计的处理器，我采用了目前应用较多的51系列单片机 AT89C51单片机，AT89C51的优势在于片内有Flash存储器，它继承 了MCS51 的原有功能，能和其他一些AT89系列单片机兼容。使用 时功能引脚如图： 整体电路设计 程序流程 开始 系统初始化 发射超声波脉冲 等待反射超声波 计算距离 显示结果 实物仿真 此次仿真采用上海浩豚电子科技的多用集 成电路板。 总结 本次设计超声波避障系统，以单片机 为计时主控，结合各外围电路，系统 本身简单，操作方便，但也存在很多 不足，例如就实物仿真这一块，测试 很不稳定，系统有待完善。同时，通 过此次设计让我有了很多体会，我相 信在日后的学习中会对我有所帮助。 致谢 感谢工学院个位老师为答 辩工作作的努力！ 祝老师工作愉快！