《基于单片机的多功能超声波测距仪设计和实现》
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[摘 要]测量长度是人类文明必须的活动之一,测量长度的方法和工具有很多种,在不同的场合需要不同的长度测量工具,本文基于超声波测距模块和单片机系统设计并实现了一种多功能的短距离测距仪,能够测量长度、厚度和内宽等.测量的结果能及时显示和保存,如果需要还能连接上位机波形显示并保持数值.但是这个测距系统测量范围较近,存储数据能力不强,但是总的来说是一个便宜、实用、可靠的多功能测距仪.
[关键词]多功能 超声波测距 单片机
[Abstract]Measurement length is one of the necessary activities of human civilization. There are many methods and tools to measure the length. Different length measurement tools are needed in different situations. Based on the ultrasonic distance measuring module and single chip microcomputer（SCM） system, a multifunctional short distance range finder is designed and made out, which can measure the length, thickness and width of a space . The result of measurement can be displayed and sed in time. If necessary, it can also connect the PC weform display and keep the value. However, the range of the system is limited and it is not strong enough to store much data, but in general it is a cheap, practical and reliable multi-function range finder.
[Keyword]Multi-function Ultrasonic distance measurement SCM
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）02-0134-01
1前言
测距自古以来就是一项必不可少的工作,帮助人们建造建筑,制作产品等.常用的测距工具有各种尺子,激光测距仪、超声波测距仪、电磁波测距仪.现在我们能测量小到微米,纳米级别的物体,大到测量星际间的距离.但是在现实生活中我们有时候需要经常转换测量点到点的距离,物体的厚度,空间的内宽等并快速读取保存.如果只有简单的尺子和只能测量一种物理量的测量仪器那就会很麻烦.这时我们就需要一种简单的,便宜的多功能测距仪.虽然现在已经有各种各样的测距仪,但是总的来说,好的贵,便宜的功能单一,精度不高.但是我们可以使用单片机加上超声波距离传感器和简单的存储,显示元件就可以组建一个多功能高精度的便宜的测距仪.
2测距原理
距离也就是长度单位,一种就是用一个已知长度的物体与需要知道长度或者距离的物体进行比较.另外一种就是发射一个速度可测或者已知的物体,计算物体运动的时间.这也是现在大部分测量工具所使用的基本原理.超声波测距原理是利用能够发生和探测超声波的器件来进行的,超声波发生器会发射一组超声波,超声波遇到物体反弹至接收模块,只要计算出传播的时间和知道声速就能计算出测量器件到物体的距离.
3电路结构与器件介绍
电路要求能实现测量距离、厚度和内宽,并存储一定的数据,能显示需要的数据,能和PC上位机连接显示波形和保存数据.图3-1是系统的结构图.本电路需要使用两个超声波距离传感器,型号为HC-SR04,一个存储数据的芯片,选用AT24C02,显示电路使用8个共阳数码管显示,并用4个按键操作系统完成不同的工作,本系统根据单片机拥有串口的功能,通过CH340芯片将串口信号转换成USB信号方便与上位机连接并显示波形和保留数据.
4实物与结果
其产品效果图如图4-1所示,这将是一個手持式多功能测距仪,有三个可以移动的部分,首先是两个超声波传感器可以水平的旋转到任意位置,用来测量距离或者厚度.然后是整个上部分是可以在水平方向上旋转任意角度,这方便在不同的场合使用.两个传感器可以固定在最中间和最两边的位置,但是可以旋转.系统的工作流程如图4-2所示,开机,然后系统初始化,主要是初始化参数和管脚信息,然后中断初始化,中断将用来计算超声波传递的时间和串口使用,之后就是扫描按键,判断按键是否有按下,如果没有就按照系统程序默认执行,如果有就判断按键信息,然后执行按键确定的内容,执行完任务后对会回到判断按键状态.系统可以在任何时候由外部关机.
图4-3是整个电路图的主体部分,图4-4是串口转USB电路,用来连接上位机并显示的.单片机选用52单片机,12M晶振.8个数码管通过74LS573连接到单片机的P0口,74LS573是八D透明锁存器,主要用来锁存输入数据,同时输出,避免乱码的产生.而八个共阳极数码管由一个38译码器来选择.存储芯片AT24C02连接在P22和P23上.P1的前四个IO口用来连接按钮,后四个连接超声波模.P3口没有使用的原因是串口、中断和定时计数器要使用,不能连接外设,并且没有外部中断需要判断.图4-5是实物图,以52单片机为核心,两个超声波测距模块固定在重物上,数码管、按钮、串口转USB电路和AT24C02已经焊接在开发板上.电脑上使用串口助手就可以接收、保存数据并显示波形,这样系统既可以是灵活的可移动的测量器也可以是固定的与上位机连接的测量器.
5结论
该系统简单可靠,功能多样,改进余地大,成本低廉,可以制作成手持式,也可以制作成固定式.不仅能实时测量数据和存储数据,也可以读取以前测量的数据.但是该系统也有一些缺点,就是测量的频率不高,测量的范围有限.但是总的来说在一些要求不是很高的场合,这个多功能测量器是能够很好的工作的.
该文结论,本文是一篇关于测距仪和单片机和超声波方面的相关大学硕士和超声波测距本科毕业论文以及相关超声波测距论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
超声波测距引用文献:
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