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1、XX大学单片机原理与应用课程论文课程论文题目基于单片机的超声波体检计院系名称 专业（班级） 姓名（学号） 指导教师 2012 年 6 月 17 日一、需求分析1、需求：设计一款体检机，通过超声的原理测量人的身高，同时通过别的传感器来测量人的体重。测量得到的结果一方面显示在显示屏上，另一方面通过串口或者无线以一定的数据格式发送到中心 PC 机上。2、分析：所设计的体检计要求能够完成四项基本任务：测量身高测量体重在显示屏上显示测量结果将测量结果发送给PC二、概要设计 本设计大致可分为四个模块:（1）键盘控制模块，用来发送启动，终止等控制命令 （2）超声波测距模块,用来测量身高（3）压力测量模块,用
2、来测量体重（4）LED显示模块,用来显示身高和体重整体方案如下图所示：AT89C52单片机超声波测距模块压力感应测量模块LED显示屏显示模块PC机键盘控制模块三、硬件设计1、超声波测距模块本系统采用AT89C52单片机作为主控制器，超声波发射驱动需要的40 kHz脉冲由单片机P00发出，使用定时器进行计时和控制，超声波接收使用CX20106A作为接收主控芯片，使用DS18B20作为温度传感器进行温度校正。超声波测距器的系统原理图如下图所示。超声波在不同环境温度下传播速度不同，如忽略温度影响，将影响最终测量精度。本文介绍的超声波测距测距方法采用渡越时间检测法，使用了DS18B20温度传感器对现场
3、温度进行检测，并通过软件计算实现波速的温度补偿，消除了温度对测量结果的影响，使测量误差降低。（1）超声波的发射电路设计超声波发送模块是由超声波发射探头组成的，单片机的P00端口直接发送40 kHz的信号，使用9012三极管做为驱动放大，驱动压电晶片超声波换能器产生超声波，超声波发射电路如图3所示。超声波发射子程序的流程是，发射时首先装填计时器，并且开始计时，当超声波发射完毕时，定时器计时完毕，并且重新装填等待下次发射。（2）超声波接收电路设计在接收电路中使用了红外线接收处理芯片CX20106A，因为它处理的是38 kHz的红外信号，而40 kHz的超声波信号和它比较接近，并且CX20106A芯
4、片具有很强的抗干扰能力，这个芯片的外围电路很简单而且通过外围电阻调节它的中心处理频率，通过改变外围电路电容的大小也可以改变接收电路灵敏度和抗干扰能力。 经过试验后发现用单片机发40 kHz信号与使用CX20106A的电路搭配更加简单合理，使得时间的计算更为精确。（3）温度补偿电路设计本系统中，选择使用温度芯片DS18B20作为温度传感器。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55125，在-1085范围内，精度为05。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20引脚说明如下所示。DS18B20是在一根IO线上读写
5、数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。温度补偿电路的设计如图6所示，数据输入输出脚连接到单片机的P01脚，电源接口接入+5 V的电压，外加56 k的上拉电阻，因为DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果DS18B20没接电源，则需要数据线强上拉，给DS18B20供电；如果DS18B20接有电源，则需要一个上拉即可稳定的工作。由于DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，检测的温度值在内部进行转换
6、，温度测量结果直接以数字信号输出，单片机对由DS18B20输出的信号进行读取，经过软件对温度数字值实现处理。（4）主电路原理图该系统主电路原理图如图7所示，单片机采用89C52系列，单片机使用外部时钟源，外接6MHZ的晶振，由P00口直接输出40 KHZ的驱动信号给放大电路。接收到回波后，经由CX20106的滤波，产生中断信号，并由p32口输出进行中断。2、压力感应测量模块压力传感器的工作原理，本质上是惠斯通电桥，这里采用的是最常见的电阻应变片式的压力传感器。它得到广泛应用的原因是温度特性好，减小温度变化带来的误差。膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号，这种结构的基本特性之一
7、是它的差动输出电压U与偏置电压U成正比关系，这种关系隐含压力测量精度直接决定偏置电源的容限值，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出同时，它也能提供一种温度补偿最通用的方法。本实验研究压力传感器电路如图4.1.1所示，为压力传感器的电路，其由三部分组成（1）电源电路部分；（2）电桥电路部分；（3）放大电路部分。 （2）A/D转化电路这里我们选用逐次逼近型，即ADC0809。它由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对0V5V的输入模拟电压信号分分时进行转换，完成一次转换约需100。片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，2
8、56R电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0809可对0V5V的双极性模拟信号进行转换。 实验电路及接线如下图示 ：连线连接孔1连接孔21IN0压力传感器输出2AD_CSCS2 接线框图 3、LED显示模块从LED数码管结构可以看出，不同笔段的组合就可以构成不同的字符， 例如当笔段a、b、c、d、e、f被点亮时，就可以显示数字“0”；又如笔段a、b、c、d、g被点亮就显示数字“3”。理论上，七个笔段可以显示128种不同的字符。 依据显示驱动方式的不同，可将LED数码显示电路分为静态显示方式和动态显示方
9、式。下图为由P1口输出的LED动态显示接口电路 在动态显示方式中，各显示位笔段引脚adp并联在一起，共用一个笔段代码锁存器 (由于单片机I/O口、I/O扩展电路，如8155、8255等大多具有输出锁存功能，因而往往不再需要笔段代码锁存器)、笔段译码器(采用软件译码时，不需要译码器)及驱动器；为了控制各LED数码管轮流工作，各显示位的公共端与位译码(采用软件译码时，不需要)、锁存、驱动电路相连。这样即可依次输出每一显示位的笔段代码和位扫描码，轮流点亮各LED数码显示管，实现动态显示目的。可见，在动态显示方式中，仅需要一个笔段代码锁存、驱动器和一个位扫描码锁存、驱动器，且硬件开销少。 四、软件系统
10、流程以及程序的设计1、主程序流程图主程序主要负责在接收到启动命令后调用各个模块的功能压力传感器测量体重LED显示身高和体重将测量结果发送至PC机是否结束?结束开始是否启动？超声波传感器测量身高2、超声波测距模块首先是初始化，启动计时器。并由P0.0脚发出40KHZ的驱动信号，同时打开INT0中断，并且开始等待接收到的回波和中断信号，若接收到回波(单片机接收到中断信号)，计时器停止计时，保存时间信息，并且根据温度补偿计算出当前环境下的声速，计算出当前待测距离后储存，并调用显示子程序。测出距离后结果将以十进制BCD码方式传送到LED显示，然后再发超声波脉冲重复测量过程。外部中断入口点读取时间读取温
11、度计算距离停止计时器中断返回3、压力测量模块4、LED显示5、源程序（部分）;超声波接受程序（外部中断0中断处理）：PUSH PSWCLR TR0CLR ET0CLR EX0MOV TESTOK,1 ;表示接受成功POP PSWRETI;超时清除程序（定时器/计数器T0中断处理子程序）PUSH PSWCLR EX0CLR TR0CLR ET0MOV TESTOK,1;接受超时POP PSWRETI;读取AD转换结果：Read ADC0809:MOV DPTR, #ADC0809MOV A, #0MOVX DPTR, A ; 启动 A/DMOV A, #40HDJNZ ACC, $ ; 延时 100usMOVX , DPTR ; 读入结果MOV ADResult,ARET五、参考文献1胡汉才.单片机原理及其接口技术M.清华大学出版社.20032孟立凡、蓝金辉.传感器原理与应用M.电子工业出版社.20013张毅刚、彭喜元.新编MCS-51单片机应用设计M.电子工业出版社.2008.3