自动身高测量仪设计

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··························································2 1.1 超声波测身高仪的设计思路································2

1.2 课题设计的任务和要求···································3 2 课题的方案设计与论证···········································3 2.1 系统整体方案的设计·····································4 2.2 系统整体方案的论证·····································4 3 系统的硬件结构设计·············································4 3.1 单片机的功能特点及测身高原理·····························5 3.2 超声波发射电路·········································6 3.3 超声波检测接收电路·····································7 3.4 超声波测身高系统的硬件电路设计···························8 4 系统软件的设计·················································10 4.1 超声波测身高仪的算法设计·································10 4.2 主程序流程图···········································10 4.3 超声波发生子程序与超声波接受中断程序···················11

4.4 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··············································17

1 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。

2

表1-1 超声波波速与温度的关系表

温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速（m／s） 313 319 325 323 338 344 349 386

图2-1 超声波测身高仪原理框图 头顶端 3超声波发射 超声波接收 米 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。

3

（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。

超声波接收器 放大电路 锁相环 检波电路 单片机控制 定时器 语音播报 超声波发射器 放大电路

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

4

参考文献

[1] 胡萍.超声波测身高仪的研制.计算机与现代化，2003.10

[2] 时德刚，刘哗.超声波测身高的研究.计算机测量与控制，2002.10 [3] 华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002 .5

[4] 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社， 1993. 6 [5] 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，

1999.4

[6] 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，

1999. 6.

[7] 苏长赞.红外线与超声波遥控.北京：人民邮电出版社，1993.7 [8] 张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.10 [9] 九州.放大电路实用设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.5 [10] 樊昌元，丁义元. 高精度测身高雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.10 [11] 苏伟，巩壁建.超声波测身高误差分析.传感器技术，2004.

[12] 永学等.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20及应用.电子产品世界，2003.12 [13] 胜全.D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制. 南京：南京大学出版社

1998. 3

[14] 恒清，张靖.加强单片机系统抗干扰能力的方法.通化师范学院学报，2004 .10 [15] 晗晓，袁慧梅.单片机系统的印制板设计与抗干扰技术.电子工艺技术，2004 .6 [16] 丰，薛红宣.采用软件抗干扰设计提高微机系统的可靠性.电子产品世界，2004.1 [17] 占操，梁厚琴，曹燕.单片机系统中的软件抗干扰技术.电子技术，2003.3 [18] 华兵.MCS-51单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002 .5 [19] 继兴，刘霞.单片机系统软件抗干扰措施分析.电子测量技术，2003

[20] 田华等.可编程单总线数字式温度传感器DS18B2的原理与应用.电子质量，2004.7

15

附录

附录一

超声波测身高电路原理图:

超声波测身高电路原理图

16

附录二

程序清单：

XS0 XS1 XS2 FS BJ

ORG LJMP ORG LJMP ORG LJMP ORG

MAIN: MOV SETB SETB

HH0: MOV 50H,#05 MOV MOV SETB CLR

HH1: CLR MOV DJNZ SETB MOV DJNZ NOP DJNZ SETB LCALL TT1 LJMP

MAINV: CLR CLR

EQU P0 EQU P1 EQU P2 BIT P3.0 BIT P3.1 0000H MAIN 0003H MAINV 000BH YCBJ 0030H TMOD,#01H EA ET0 TH0,#00H TL0,#00H TR0 EX0 FS ;40Khz30H,#05H 30H,$ FS 30H,#03H 30H,$

50H,HH1 EX0 HH0 TR0 CY

;数据端0（对应位3） ;数据端1（对应位2） ;数据端2（对应位1） ;40Khz发射端 ;超量程报警 脉冲发射 17

MOV SUBB MOV MOV SUBB MOV A,TL0

A,#3CH TL0,A A,TH0 A,#00H TH0,A

LCALL CF LCALL DAA MOV MOV ANL MOVC MOV MOV MOV ANL SWAP MOVC MOV MOV MOV ANL MOVC MOV RETI DAA: CLR MOV MOV MOV MOV MOV LOOP: CLR MOV RLC MOV MOV RLC MOV MOV RLC

MOV

DPTR,#W0 A,36H A,#0FH A,@A+DPTR XS2,A DPTR,#W1 A,36H A,#0F0H A

A,@A+DPTR XS1,A DPTR,#W2 A,37H A,#0FH A,@A+DPTR XS0,A A 34H,A 35H,A 36H,A 37H,A 38H,#18H C

A,39H A

39H,A A,40H A

40H,A A,41H A

41H,A

码转换

;

;

;

;BCD

18

MOV ADDC DA MOV MOV ADDC DA MOV MOV ADDC DA MOV MOV ADDC DA MOV DJNZ RET

CF: MOV MOV MOV MUL MOV MOV MOV MOV MUL MOV MOV CLR MOV ADD MOV MOV ADDC MOV MOV MOV MOV RET

TT1: MOV TT11: DJNZ

RET

A,34H A,34H A

34H,A A,35H A,35H A

35H,A A,36H A,36H A

36H,A A,37H A,37H A

37H,A 38H,LOOP

45H,#0ACH B,45H A,TL0 AB 46H,A 47H,B B,45H A,TH0 AB 48H,A 49H,B CY A,47H A,48H 47H,A A,#00H A,49H 48H,A 39H,46H 40H,47H 41H,48H

31H,#22H 31H,TT12 计数器T0乘以172，结果送回46H,47H,48H

;延时1

;

19

TT12: MOV TT13: DJNZ AJMP TT14: MOV DJNZ LJMP

YCBJ: CLR MOV MOV RETI W0: DB W1: DB W2: DB END

元件清单：

32H,#05FH 32H,TT14 TT11

33H,#0FFH 33H,$ TT13 BJ

TH0,#00H TL0,#00H

0E7H,21H,0CBH,6BH,2DH,6EH,0EEH,23H,0EFH,6FH 7EH,48H,3DH,6DH,4BH,67H,77H,4CH,7FH,6FH

0EFH,8CH,0DBH,0DEH,0BCH,7EH,7FH,0CCH,0FFH,0FEH

元件 单片机 电容 数量 1 2 型号规格 AT89S51 33pF耐压值6.3V 0.8W 红色Ф5 5W 4.7uF耐压值6.3V 22C040 103uF耐压值6.3V 元件 与非门 通用锁相环电路音调译码器 电容 超声波发射器 超声波接收器 电阻 电阻 电容 数量 6 1 型号规格 74LS00 LM567 0.1uF耐压值6.3V 40KHZ 40KHZ 元件 电阻 按键 数量 18 1 型号规格 1千欧1KW TD-05A 47uF耐压值6.3V 20千欧1KW 6千欧1KW 50千欧1KW TL082 喇叭 发光二极管 功放 电容 语音芯片 电容 1 1 1 1 1 2 3 1 1 2 1 1 电容 电阻 电阻 滑动变阻器 运放 1 1 1 1 1 4千欧1KW 100千欧1KW 332uF耐压值6.3V 20

TT12: MOV TT13: DJNZ AJMP TT14: MOV DJNZ LJMP

YCBJ: CLR MOV MOV RETI W0: DB W1: DB W2: DB END

元件清单：

32H,#05FH 32H,TT14 TT11

33H,#0FFH 33H,$ TT13 BJ

TH0,#00H TL0,#00H

0E7H,21H,0CBH,6BH,2DH,6EH,0EEH,23H,0EFH,6FH 7EH,48H,3DH,6DH,4BH,67H,77H,4CH,7FH,6FH

0EFH,8CH,0DBH,0DEH,0BCH,7EH,7FH,0CCH,0FFH,0FEH

元件 单片机 电容 数量 1 2 型号规格 AT89S51 33pF耐压值6.3V 0.8W 红色Ф5 5W 4.7uF耐压值6.3V 22C040 103uF耐压值6.3V 元件 与非门 通用锁相环电路音调译码器 电容 超声波发射器 超声波接收器 电阻 电阻 电容 数量 6 1 型号规格 74LS00 LM567 0.1uF耐压值6.3V 40KHZ 40KHZ 元件 电阻 按键 数量 18 1 型号规格 1千欧1KW TD-05A 47uF耐压值6.3V 20千欧1KW 6千欧1KW 50千欧1KW TL082 喇叭 发光二极管 功放 电容 语音芯片 电容 1 1 1 1 1 2 3 1 1 2 1 1 电容 电阻 电阻 滑动变阻器 运放 1 1 1 1 1 4千欧1KW 100千欧1KW 332uF耐压值6.3V 20

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