基于AT89C51的超声波定位系统设计

黄冈职业技术学院机电工程学院 金 鑫

基于AT89C51的超声波定位系统设计

黄冈职业技术学院机电工程学院 金 鑫

本系统是向测量目标发射超声波脉冲然后接收相应的反射波，由AT89C51集成的模拟比较器A检测到达系统的回声，计算时间以达到定位目的的精确测量系统。

超声波；测距；定位

1.前言

本设计的主要应用是eBeam白板，该系统是通过吸附于普通白板左右上角的两个接受器接受并传送白板笔在书写时发出的超声波至本地计算机，从而将写于白板的任何笔迹及现场声音记录于本地计算机，并可通过internet及时传送给远端计算机。

2.总体方案设计

本设计采用超声波发生与接收一体的装置，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，然后计算出相应的距离。

假设声波室温下在空气中的速度为340米/秒，AT89CC51计算系统与目标间的距离并采用LED将其显示在四位的LED显示器上。距离以米为单位显示，精度为1cm。

本系统由超声波测距系统及定位系统两部分组成。

图2-1 超声波测距软件原理图

3.超声波测距系统的设计

3.1 系统概述

单片机发出超声波测距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，然后计算出相应的距离。

3.2 系统硬件设计

图2-2 主程序框图

图2-3 测量子程序

图3-1 超声波定位原理图

图3-2 定位系统主程序图

图5-1 系统总电路图

本系统主要电路又单片机主机系统电路、超声波发射、接收电路、LED显示电路。

3.2.1 单片机主机系统电路

本电路由AT89C51主机、时钟、复位电路及报警电路组成。

3.2.2 超声波发射电路

超声波发送器包括超声波产 生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头选用CSB40T，可利用软件产生40kHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。

3.2.3 超声波接收电路

超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波接收电路的作用是对接收的超声波信号进行放大，并将该信号处理成系统可以接收的电平信号。

3.2.4 LED显示电路

常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(简称LED或数码管)和液晶显示器(简称LCD)。由于系统要显示的内容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。

3.3 系统软件设计

本设计采用模块化设计，由主程序、发射子程序、查蟓接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成，软件原理图如图2-1。

3.3.1 系统主程序设计

本设计首先对计时器和计数器进行初始化，将超声波发射端和接受端全部置1，接着检查按键，然后开始进行测量子程序，测量之后再将数据用LED数码管显示出来。

3.3.2 超声波测距程序主程序流程图如图2-2

主程序调用测量子程序，计算子程序，显示子程序完成一个测量周期。

3.3.3 测量子程序流程图如图2-3

4.超声波定位系统的设计

4.1 基本原理

在空间的某些固定位置上设立超声波发射装置，主体上设立接收器(反之亦可)。分别测量主体到各发射点的距离，经过计算后便可得到主体的位置。

根据三角形的稳定性，发生器1和发生器2的距离是固定的，那么如果测出物体到发生器1和发生器2的距离，就可以确定了三角形的三边，那么三角形也就是固定的，从而达到定位的目的。

4.2 系统硬件设计

超声波的定位系统的硬件电路图实际上是由两个超声波测距组合而成，根据一个三角形的三边长度确定，那么这个三角形就确定的原理，从而达到定位的目的，因此我需要两套超声波发生器和两套接收器，并且可选择AT89C51的P2接口当作超声波发射和接收的接口，P1口用来驱动LED数码管，P0接口用作位选。

4.3 系统软件设计（程序流程图如图3-2）

5.结语

本设计描述了一种采用AT89C51超低功耗微控制器的基于超声波的定位系统。该系统不受光线、电磁波、粉尘等的影响，且其精度能达到厘米数量级，设计简单，适用范围广。

附图：系统的电路总图如图5-1。

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金鑫（1983—），男，湖北新州人，华中科技大学硕士研究生，黄冈职业技术学院机电系教师兼教学管理。