AT89C51单片机的身高自动测量系统设计+Proteus仿真图(3)
2 系统的总设计方案
2.1 系统的总设计要求和设计思想
本毕业设计课题任务的主要内容：
（1）身高自动测量装置的方案设计；
（2）采用单片机为主，设计身高自动测量装置的硬件电路；
（3）编写单片机实现超声波发射与接收、身高计算、身高显示程序等。
主要要求：
（1）传感器选用超声波传感器，检测身高；
（2）选用LCD显示器显示身高；
（3）具有键盘输入设置功能；
（4）以AT89C51单片机为核心设计硬件电路.
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，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工业，医学等多方面的实用要求。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用机械方式产生超声波，一类是用电气方式产生超声波。机械方式有液哨、气流旋笛和加尔统笛等；电气方式包括压电型、电动型等。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。目前较为常用的是压电式超声波发生器，这个发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板，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将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。如果两极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，压电晶片受压振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了[3]。
根据设计要求并且综合各方面因素，本文采用AT89C51单片机作为核心设计，用LCD液晶显示屏显示距离，超声波驱动信号用单片机程序语言来实现。
2.2 系统总设计方案
系统采用超声波进行身高测量方法。所谓超声波就是高于听觉频率阀值的机械波，它具有直线传播特性。利用超声波的这种特性，采用渡越时间检测法进行距离的测量。其工作原理是：超声波发射探头向介质发射超声波，声波遇到目标后有反射回波作用到接收探头，测量发射时刻与接收时刻的时间差t,然后根据公式s=ct/2计算距离（其中c为超声波在介质中的传播速度）[4]。
身高h的测量方法是将超声波传感器固定在被测量人的正上方的支架上，向人的头顶部发射脉冲，然后利用超声波测距原理计算出s的值，从而有身高h=H-s(其中H为支架的高度，s为超声波传感器到头部的距离)。
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LCD显示。原理图如图2.1所示。
图2.1 超声波测距仪原理框图
超声波测距方法主要有三种：1）声波幅值检测法：容易受到反射波的影响；2）相位检测法：精度高，但是检测范围有限；3）渡越时间法：工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都容易实现，其原理为：检测从发射传感器发射的超声波经气体介质传播到接收传感器的时间t，这个时间就是渡越时间，然后根据公式s=ct/2求出距离s[5]。因为本文是设计用超声波测距仪测量身高，综上所诉讲采用渡越时间法。
测距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适当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比：频率高分辨率也高。所以短距离测量时应选择频率高的传感器，长距离测量应用低频率传感器。