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自动身高测量仪摘要:随着科技的发展和社会的进步,人们的物质和文化生活变得越来越丰富。对生活的健康程度也越来越重视,因此产生了很多有助于人们测试健康标准的设备和器材,以满足人们对美的需求。自动身高测量仪则是其中的一个明显的例子,基于消费者的经济、实用、方便的消费心理,本课题设计采用市场上熟知的51系列的单片机和绿色环保无噪音的超声波发射与接收装置进行设计和研究,以求达到本次设计的要求和目的。基于51系列单片机功能强大、设计简便等优点,本次设计使用汇编语言编程来满足需求。利用超声波发射和接收装置,检波器检测超声波的有无回波和放大电路放大信号,再通过单片机内部计算处理求出所测身高的距离。求得的距离通过语音播报电路播报出距离长度,完成本次测量身高的目的。同时已达到本次课题设计的任务及要求。通过本次设计以培养自我的运用知识和理解等方面的能力,同时也培养了探索知识和解决问题的能力,为今后的学习和工作打下坚实的基础。关键词:汇编语言,51单片机,放大器,检波器,语音播报目录1前言··························································21.1超声波测身高仪的设计思路································21.2课题设计的任务和要求···································32课题的方案设计与论证···········································32.1系统整体方案的设计·····································42.2系统整体方案的论证·····································43系统的硬件结构设计·············································43.1单片机的功能特点及测身高原理·····························53.2超声波发射电路·········································63.3超声波检测接收电路·····································73.4超声波测身高系统的硬件电路设计···························84系统软件的设计·················································104.1超声波测身高仪的算法设计·································104.2主程序流程图···········································104.3超声波发生子程序与超声波接受中断程序···················114.4系统的软硬件的调试····································11总结····························································12致谢··················································14参考文献··························································15附录一超声波测身高电路原理图··································16附录二程序及元件清单··············································1721前言随着科学技术的快速发展,超声波将在测身高仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说,人们可以具体利用的测身高技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来,超声波测身高仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间,它将朝着更加高定位高精度的方向发展,以满足日益发展的社会需求,如声纳的发展趋势基本为:研制具有更高定位精度的被动测身高声纳,以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要;继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳,实现超远程的被动探测和识别;研制更适合于浅海工作的潜艇声纳,特别是解决浅海水中目标识别问题;大力降低潜艇自噪声,改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑,未来的超声波测身高仪将与自动化智能化接轨,与其他的测身高仪集成和融合,形成多测身高仪。随着测身高仪的技术进步,测身高仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能,最终发展到具有创造力。在新的世纪里,面貌一新的测身高仪将发挥更大的作用。随着科技的发展,人们生活水平的提高,城市发展建设加快,城市给排水系统也有较大发展,其状况不断改善。但是,由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素,城市给排水系统,特别是排水系统往往落后于城市建设。因此,经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰,因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理,人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统,保证机器人在箱涵中自由排污疏通,是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测身高仪的研制。因此,设计好的超声波测身高仪就显得非常重要了。这就是我设计超声波测身高仪的意义。1.1超声波测身高的设计思路1.1.1超声波测身高原理发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为t,由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速v与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测身高精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。3表1-1超声波波速与温度的关系表温度(℃)-30-20-100102030100声速(m/s)313319325323338344349386图2-1超声波测身高仪原理框图1.2课题设计任务的内容和要求设计内容:利用单片机设计用于自动测量身高的测量仪,传感器输出信号经单片机处理后驱动语音电路自动报出身高值。设计要求:(1)设计方案选择合理,达到设计任务要求。(2)设计思路清晰,原理框图正确,元器件选择恰当,计算正确;软件流程图正确合理,源程序完整;说明书简明扼要,文字流畅,论点明确,书写工整。(3)图纸表达正确,符合制图规范;图面整洁,布局合理,图中电气连接和元器件符号符合要求。(4)设计的有关技术指标符合国家有关规范、标准和政策要求。超声波接收超声波发射头顶端3米4(5)在设计过程中认真、按时完成各阶段的设计、计算、编程、绘图、调试任务。2课程的方案设计与论证2.1系统整体方案的设计及原理框图由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测身高离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素,本文采用AT89S51单片机作为控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器。2.1.1超声波测身高原理框图如下图单片机发出40kHZ的信号,经放大后通过超声波发射器输出;超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大,用锁相环电路进行检波处理后,启动单片机中断程序,测得时间为t,再由软件进行判别、计算,得出距离数并送语音播报。图2-2超声波测量身高原理框2.2系统整体方案的论证超声波测身高的原理是利用超声波的发射和接受,根据超声波传播的时间来计算出传超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机控制语音播报5播距离。实用的测身高方法有两种,一种是在被测身高离的两端,一端发射,另一端接收的直接波方式,适用于身高计;一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式,适用于测身高仪。此次设计采用反射波方式。测身高仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器,常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减,衰减的程度与频率的高低成正比;而频率高分辨率也高,故短距离测量时应选择频率高的传感器,而长距离的测量时应用低频率的传感器。3系统的硬件结构设计硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管8550驱动。3.151系列单片机的功能特点及测身高原理3.1.151系列单片机的功能特点5l系列单片机中典型芯片(AT89S51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256B的RAM,2个16b的定时/计数器TO和T1,4个8b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM),使其在实际中有着十分广泛的用途,在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单片机引脚与封装如图2-1所示。6图3-151系列单片机封装图5l系列单片机提供以下功能:4kB存储器;256BRAM;32条工/O线;2个16b定时/计数器;5个2级中断源;1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式:CPU停止工作,而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式:保存RAM的内容,振荡器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源,即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测身高系统。3.1.2单片机实现测身高原理单片机发出超声波测身高是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差tr,然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测身高离存在4个因素:超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测身高离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差,可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波属于声波范围,其波速C与温度有关。3.2超声波发射电路超声波发射电路原理图如图2-2所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成,单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换7能器的一个电极,另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极,用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端,可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联,用以提高驱动能力。上位电阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力,另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果,缩短其自由振荡时间。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。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率时,压电晶片会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是一个超声波发生器;反之,如果两电极问未外加电压,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,这
本文标题:自动身高测量仪设计.
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