超聲波測(cè)距畢業(yè)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距</p><p>　　Ultrasonic distance measurement based on mcu</p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班

2、 級(jí)： 07級(jí)通信一班 </p><p>　　姓 名： xxxxxxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： xxxxxxxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： 講 師 </p>

3、<p>　　2011年6 月4日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 選題背景及目的2</p>&l

4、t;p>　　1.2 超聲波介紹及其應(yīng)用領(lǐng)域2</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　1.3.1 超聲波測(cè)距的原理3</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容5</p><p>　　第二章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)6</p><p>　　2.2 單片機(jī)AT89C51的特性

5、6</p><p>　　2.3 超聲波探頭介紹8</p><p>　　第三章 超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　3.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1 超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)11</p&

6、gt;<p>　　3.2.2 溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.4 電源電路16</p><p>　　第四章 硬件電路設(shè)計(jì)優(yōu)化19</p><p>　　4.1提高測(cè)距的范圍19</p><p>　　4.2 發(fā)射探頭和接收

7、探頭間的影響20</p><p>　　4.3 超聲波的衰減20</p><p>　　4.4 系統(tǒng)干擾因素21</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)23</p><p>　　5.2 系統(tǒng)主程序24</p><p>　　5.3 40K

8、Hz超聲波發(fā)送程序26</p><p>　　5.4 超聲波的接收和處理27</p><p>　　5.5 DS18B20溫度采集程序28</p><p>　　5.6 距離計(jì)算程序29</p><p>　　5.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序30</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：34</b><

9、/p><p><b>　　附錄135</b></p><p><b>　　附錄236</b></p><p>　　基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距</p><p>　　專業(yè)班級(jí)：07級(jí)通信一班 學(xué)生姓名：xxx</p><p>　　指導(dǎo)教師：xxx

10、 職 稱：講師</p><p>　　摘要 單片微型計(jì)算機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械電子、航空航天、冶金采礦以及家用電器等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了巨大的作用。超聲波指向性強(qiáng)，能量耗損緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。利用超聲波測(cè)距迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到廣泛應(yīng)用。</p&g

11、t;<p>　　超聲技術(shù)是一門各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)，它是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程完成的。目前，超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門的超聲探測(cè)、超聲焊接、超聲檢測(cè)和超聲醫(yī)療方面?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)，成本低，精確度高，并且容易做到實(shí)時(shí)控制，具備較強(qiáng)的實(shí)用性，可實(shí)現(xiàn)0.3—10米的測(cè)量。在機(jī)器人領(lǐng)域，這種系統(tǒng)的裝置大受機(jī)器人設(shè)計(jì)者的歡迎且得到了廣泛應(yīng)用，為機(jī)器人的避障行走提供了可靠保障，大大提高了機(jī)器

12、人的靈活性和智能性。</p><p>　　關(guān)鍵詞 超聲波傳感器 單片機(jī) 測(cè)距 </p><p>　　Ultrasonic distance measurement based on single chip</p><p>　　Abstract Compared with other kinds of product, Single-Chip Microco

13、mputer is simple, small, light and easily controlled. It is used extensively in mechanical electron, aerospace, metallurgical mining technology, electric home appliances and such a lot of fields, so Single-Chip Microcomp

14、uter has played huge role. Orientation of ultrasonic is very good. When ultrasonic travels through air, it can go farther and energy consume slowly. For those many advantages, ultrasonic is used in distance measur</p&

15、gt;<p>　　Ultrasonic technology is a general technology that is used in commercial and professional fields. It is through ultrasonic production, propagate and reception. Ultrasonic technology has been extensive app

16、lication in the ultrasound of every industrial department survey, welding, detection and ultrasonic medical system. It easily realized. Based on the ultrasonic system of range finding of single-chip microcomputer is low

17、price, accuracy and easily controlled. In this measurement, ultrasonic wave </p><p>　　Keywords Single chip microcomputer Ultrasonic sensor Distance measurement </p><p><b>　　引

18、言</b></p><p>　　隨著科技的迅猛發(fā)展越來越多科技成果被廣泛的運(yùn)用到人們的日常生活當(dāng)中,給我們的生活帶來了諸多方便。本設(shè)計(jì)就是本著這個(gè)宗旨出發(fā),利用超聲波的特性來為我們服務(wù)。由于超聲波指向性強(qiáng),因而常于距離的測(cè)量。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為v，根

19、據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離s，即：s=vt/2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。</p><p>　　利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制,并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求, 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將的應(yīng)用將越來越廣。但就目前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的超聲波技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。</p&g

20、t;<p>　　超聲波測(cè)距技術(shù)在社會(huì)生活中已有廣泛的應(yīng)用如汽車倒車?yán)走_(dá)等，它們測(cè)距精度一般較低。目前對(duì)超聲波高精度測(cè)距系統(tǒng)的需求越來越大。展望未來，超聲波作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。未來的超聲波測(cè)距技術(shù)將朝著更高精度，更大應(yīng)用范圍，更穩(wěn)定方向發(fā)展，死角問題也能得以解決【1】。</p><p><b&

21、gt;　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景及目的</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)距離或長(zhǎng)度測(cè)量的要求越來越高。超聲波測(cè)距由于其能進(jìn)行非接觸測(cè)量和相對(duì)較高的精度，越來越被人們所重視。本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀，可以對(duì)不同距離進(jìn)行測(cè)試，并可以進(jìn)行詳盡的誤差分析。對(duì)本設(shè)計(jì)的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自身的電路設(shè)計(jì)水平，深入對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用。<

22、;/p><p>　　超聲波傳感器模塊在測(cè)量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。利用單片機(jī)控制超聲波檢測(cè)模塊往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且測(cè)量精度較高。</p><p>　　超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)例如：液位、井深和管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。因此研究超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>

23、　　1.2 超聲波介紹及其應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20K赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20K赫茲或小于20赫茲時(shí)，人們便聽不見了。因此，把頻率高于20K赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可

24、用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接和碎石等。在醫(yī)學(xué)，軍事，工業(yè)以及農(nóng)業(yè)上有明顯的作用。</p><p>　　理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率很高，因而能量很大。在我國(guó)北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理。</p>

25、<p><b>　　應(yīng)用領(lǐng)域</b></p><p>　　1．機(jī)械行業(yè)：防銹油脂的去除；量具刃具的清洗；機(jī)械零部件的除油除銹發(fā)動(dòng)機(jī)、化油器及汽車零件的清洗，過濾器及濾網(wǎng)的疏通清洗等等。 </p><p>　　2．表面處理行業(yè)：電鍍前的除油除銹；離子鍍前清洗；磷化處理；清除積炭，氧化皮，拋光膏，金屬工件表面活化處理等等。 </p><p&g

26、t;　　3．醫(yī)療行業(yè)：醫(yī)療器械的清洗，消毒，殺菌，實(shí)驗(yàn)器皿的清洗等等。</p><p>　　4． 儀器儀表行業(yè)：精密零件的高清潔度清洗，裝配前清洗等等。</p><p>　　5． 機(jī)電電子行業(yè)：印刷線路板除松香，焊斑；高壓觸點(diǎn)，接線柱等機(jī)械電子零件的清洗等等。</p><p>　　6． 光學(xué)行業(yè)：光學(xué)器件的除油、除汗和清灰等。</p><p>

27、;　　7． 半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體晶片的高清潔度清洗。</p><p>　　8． 科教文化：化學(xué)生物等實(shí)驗(yàn)器皿的清洗和除垢。</p><p>　　9． 鐘表首飾：清除油泥、灰塵、氧化層和拋光膏等。</p><p>　　10．石油化工行業(yè)：金屬濾網(wǎng)的清洗疏通、化工容器和交換器的清洗等等。</p><p>　　11．紡織印染行業(yè)：清洗紡織錠子和噴絲板

28、等。</p><p><b>　　12．其它：</b></p><p>　　超聲清洗：清除污染物，疏通細(xì)小孔洞，如：清潔印章，古董修復(fù)和汽車電噴頭疏通等。</p><p>　　超聲攪拌：加快溶解，提高均勻度，加快物理化學(xué)反應(yīng)，防止過腐蝕和加速油水乳化，如：溶劑染料混合和超聲磷化等。</p><p>　　超聲凝聚：加速沉淀

29、，分離，如：種子浮選和飲料除渣等。</p><p>　　超聲殺菌：殺滅細(xì)菌及有機(jī)污染物，如：污水處理和除氣等。</p><p>　　超聲粉碎：降低溶質(zhì)顆粒度，如：細(xì)胞粉碎和化學(xué)檢測(cè)等。</p><p>　　超聲封孔：排除間隙氣體，提高整體密度，如：工件浸漆等【1】。</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容</p>&l

30、t;p>　　1.3.1 超聲波測(cè)距的原理</p><p>　　聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本

31、質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。</p><p>　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)

32、射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：</p><p>　　s=vt/2 (1-1)</p><p>　　這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。采用超聲波測(cè)量大氣中的地面距離，是近代電子技術(shù)發(fā)展才獲得正式應(yīng)用的技術(shù)，由于超聲測(cè)距是一種非接觸檢測(cè)技術(shù)，不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境(如含粉塵)具有一定的適應(yīng)能力。因此，用途極度廣泛。例如

33、:測(cè)繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測(cè)量地面距離的方法，是利用光電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，超聲測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)是：儀器造價(jià)比光波測(cè)距儀低，省力、操作方便。</p><p>　　由于是利用超聲波測(cè)距，要測(cè)量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù)定的傳播距離，同時(shí)這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有的得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測(cè)到回波信號(hào)和防止外界干擾信號(hào)的干擾。經(jīng)分析

34、和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為40KHz左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)</p><p>　　限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收裝置的靈敏度。接收裝置對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測(cè)距離。超聲波的波速c與溫度有關(guān)，圖1-1列出了幾種不同溫度下的波速。</p><p&

35、gt;　　圖1-1 聲速與溫度的關(guān)系</p><p>　　可以推導(dǎo)得出，溫度和波速大概有c=331.5+0.607T這樣的規(guī)律，波速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間t，即可求得距離S。</p><p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　單片機(jī)控制超聲波模塊發(fā)射及檢波接收，其系統(tǒng)原理框圖如圖1-2所示。 </p><p>

36、;　　圖1-2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖</p><p>　　先驅(qū)動(dòng)DS18B20溫度傳感器，測(cè)出當(dāng)前溫度，然后根據(jù)公式換算出當(dāng)前波速，然后控制口P1.0(Trig引腳)發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收口P3.2（Echo引腳）等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就進(jìn)入外部中斷0，在中斷程序中讀取定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離。如此不斷的周期測(cè)，就可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量

37、的值了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LCD進(jìn)行顯示。</p><p>　　第二章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)</p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的，在介紹電路設(shè)計(jì)之前，先簡(jiǎn)單了解一下單片機(jī)的工作原理，即簡(jiǎn)單介紹STC89C51的一些特性。</p><p>　　2.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱

38、為微控制器(Microcontroller)。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種非?；钴S且頗具生命力的機(jī)種。</p><p>　　通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：CPU(Central Processing Unit，中央處理器)、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。</p><

39、;p>　　單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2 單片機(jī)AT89C51的特性</p><p>　　AT89C系列單片機(jī)是Atmel公司生產(chǎn)的一款標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。其中數(shù)字89是單片機(jī)AT89C51的特性，C表示CMOS工藝。其管腳圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-

40、2 AT89C51單片機(jī)管腳圖</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。</p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。</p>

41、<p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電

42、流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p>　　P3.0 RXD(串行輸入口)</p><p>　　P3.1 TXD(串行輸出口)</p><p>　　P3.2 /INT0(外部中斷0)</p><p>　　P3.3 /INT1(外部中斷1)</p><p>　　P3.4 T0(記時(shí)器

43、0外部輸入)</p><p>　　P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)</p><p>　　P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)</p><p>　　P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)

44、，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：

45、當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出【

46、2】。</p><p>　　2.3 超聲波探頭介紹</p><p>　　超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求</p><p>　　本測(cè)距模塊使用的是壓電式超聲波發(fā)生器探頭，壓

47、電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，它有兩個(gè)壓電陶瓷晶片和一個(gè)金屬片共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電陶瓷晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)金屬片共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了【3】。</p><p>　　圖2-3

48、壓電式超聲波發(fā)生器</p><p>　　第三章 超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　由單片機(jī)STC89C51編程產(chǎn)生10US以上的高電平，由P1.0口輸出，就可以在接收口P3.2（Echo引腳）等待高電平輸出。一旦有高電平出處，即在模塊中經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障

49、礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，接收口P3.2口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機(jī)中定時(shí)器的值。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離，并由單片機(jī)控制顯示出來。如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 超聲波測(cè)距原理圖</p><p>　　該測(cè)距裝置是由超聲波模塊、單片機(jī)、和LCD顯示電路組成。傳感器

50、輸入端與發(fā)射接收電路組成超聲波測(cè)距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時(shí)序圖如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2 時(shí)序圖</b></p><p>　　超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在T0時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差，即

51、可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，由此便可計(jì)算出距離【4】。</p><p>　　3.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　發(fā)射電路的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1

52、.0端口輸出的40kHz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。</p><p>　　壓電式超聲波

53、換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。</p><p>　　圖3-3 40khz超聲

54、波發(fā)射電路</p><p><b>　　接收電路的設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　檢測(cè)接收電路中的CX20106A芯片是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。</p><p>　　考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz 與測(cè)距超聲波頻率40kHz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路，超聲波接收頭將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

55、但這個(gè)電信號(hào)非常微弱，必須經(jīng)過放大，CX20106A芯片完成放大調(diào)制的功能。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)證明，CX20106A芯片具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。接收的回波信號(hào)先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號(hào)調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號(hào)，濾除干擾信號(hào)；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)

56、路，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)。</p><p>　　1腳是接收信號(hào)輸入端。2腳是調(diào)節(jié)接收信號(hào)靈敏度，電阻越小，靈敏度越高。電容越大，靈敏度越高。電容一般取1μF，電阻50～300 Ω的，在干擾較大的場(chǎng)合增加電阻阻值可將靈敏度調(diào)低，干擾小的場(chǎng)合減小阻值將靈敏度調(diào)高。3腳與GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)

57、為3.3μF。4腳：接地端。5腳主要用來調(diào)節(jié)中心頻率，這里取200 kΩ。6腳： 該腳與GND之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳接上拉電阻，這里取1 kΩ左右。8腳： 電源正極，4.5V～5V。</p><p>　　US_R1 為超聲波接收頭，當(dāng)收到超聲波時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，接到單片機(jī)的外部中斷INT0 上。當(dāng)超聲波接收頭接收到40kHz 方波信號(hào)時(shí)，將會(huì)將此信號(hào)通

58、過CX20106A 驅(qū)動(dòng)放大送入單片機(jī)的外部中斷0 口。單片機(jī)在得到外部中斷0 的中斷請(qǐng)求后，會(huì)轉(zhuǎn)入外部中斷0 的中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理。檢測(cè)接受電路如下圖所示：</p><p>　　圖3-4 CX20106內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-5 檢測(cè)接收電路</p><p>　　3.2.2 溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　穩(wěn)定準(zhǔn)確

59、的超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件，而超聲波在空氣中傳播時(shí)，其速度受到了溫度，濕度，粉塵，大氣壓，氣流等因素的影響，其中溫度影響最大,查閱資料可以得出超聲波在空氣中的速度與溫度的關(guān)系的表達(dá)式為，由泰勒公式將其展開，可得到近似計(jì)算公式c=331.5+0.607T。式中T是環(huán)境攝氏溫度，所以溫度每變化1攝氏度，聲速的變化為0.6m/s，可見溫度對(duì)聲速的影響很大，測(cè)量時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償【10】。</p><p>

60、　　本系統(tǒng)選用DS18B20溫度傳感器作為誤差補(bǔ)償裝置。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，它可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出和測(cè)試，并且有控制功能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、微功耗等特點(diǎn)。DS18B20的主要特性：</p><p>　　適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。</p><p>　　獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處

61、理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。</p><p>　　DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。</p><p>　　溫度范圍－55℃～＋125℃，在-10～+8

62、5℃時(shí)精度為±0.5℃。</p><p>　　可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。</p><p>　　在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。</p><p>　　測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以

63、"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。</p><p>　　負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　由此可知DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55～125攝氏度，最大分辨率可達(dá)0.0625攝氏度。DS18B20可以直接讀出

64、被測(cè)溫度值，而且采用了線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，測(cè)溫電路如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 測(cè)溫電路原理圖</p><p>　　3.2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示屏顯示。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用YB1602液晶屏，1602顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，

65、顯示模式分為2行16個(gè)字符。它具有16個(gè)引腳，其正面左起為第一腳，如下圖所示：</p><p>　　第一腳GND：接地。</p><p>　　第二腳VCC：+5V電源。</p><p>　　第三腳VO：對(duì)比度調(diào)整端。使用時(shí)通過接一個(gè)10K的電阻來調(diào)節(jié)。</p><p>　　第四腳RS:寄存器選擇信號(hào)線。</p><p>

66、;　　第五腳RW:讀寫信號(hào)線。</p><p>　　第六腳E：使能端，當(dāng)E由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)執(zhí)行命令。</p><p>　　第7~14腳：8位數(shù)據(jù)線D0~D7。</p><p>　　第十五腳BLA:背光電源正極輸入端。</p><p>　　第十六腳BLK:背光電源負(fù)極輸入端。</p><p>　　圖3-7 LC

67、D顯示電路</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41 LCD1602操作指令H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。　　因?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼，

68、試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A’。1602通過D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。</p><p>　　3.2.4 電源電路 </p><p>　　電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設(shè)計(jì)中需要用穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，我們選用LM7805來獲得穩(wěn)定的+5V直流電壓，它有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常的廣泛，由于內(nèi)部

69、電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使他基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它就能夠提供大于1.5A的輸出電流。</p><p>　　圖3-8 LM7805外觀圖</p><p>　　圖3-9 LM7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)電源電路如下：</p><p>　　圖3-10 電源電路</p>&

70、lt;p>　　輸入電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓輸出+5V的電壓，圖中的IN4007為保護(hù)7805，防止電源極性接反損壞LM7805，輸入端與輸出端的濾波電容采用100uF電解和104瓷片電容并聯(lián)，濾去高頻和低頻電流，使輸出的電流恒穩(wěn)。</p><p>　　第四章 硬件電路設(shè)計(jì)優(yōu)化</p><p>　　4.1提高測(cè)距的范圍</p><p>　　由于空氣對(duì)超聲波的

71、吸收與超聲波頻率成正比，因此用來測(cè)距的超聲波的頻率不能很高。另一方面，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，測(cè)量的絕對(duì)誤差就越大。所以，40Kz的超聲波單頻測(cè)距的范圍只有8～10米，無法滿足我們的要求。為了解決測(cè)量范圍和測(cè)量精度之間的矛盾，我們采用雙頻測(cè)距的方法。其測(cè)距原理是：控制器現(xiàn)發(fā)出一串頻率為fH的超聲波，串長(zhǎng)度可以有10～16個(gè)完整的波形，接著送出4～8fL低頻率的超聲波。這種在時(shí)域上連續(xù)的兩種頻率的超聲波被前方的目標(biāo)反射后，形成回波，回波經(jīng)由接

72、收器形成回波脈沖EchoH和EchoL。由于高頻聲波先發(fā)出，對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)，其回波EchoH先到達(dá)CPU，因此，對(duì)于較近的目標(biāo)，首先用高頻超聲波探測(cè)。當(dāng)目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，高頻超聲波被空氣吸收而大幅衰減，接收器接收到的回波中只有低頻超聲波EchoL。由于該裝置在距離較遠(yuǎn)時(shí)對(duì)精度要求不是很高，所以可以用EchoL探測(cè)。如圖4-1所示：</p><p><b>　　圖4-1 時(shí)序圖</b></p&

73、gt;<p>　　t0、t1分別為高、低超聲波發(fā)射的開始時(shí)間，t2、t3為高、低超聲波回波到達(dá)的時(shí)間，所測(cè)得的距離分別為：</p><p>　　D1=c(t2-t0)/2 (4-1)</p><p>　　D2=c(t3-t1)/2 (4-2)</p><

74、p>　　經(jīng)試驗(yàn)可知，用雙頻超聲波發(fā)射，量程可達(dá)到25m【5】。 </p><p>　　4.2 發(fā)射探頭和接收探頭間的影響 </p><p>　　超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔是由控制器內(nèi)部的定時(shí)器來完成的。由于發(fā)射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經(jīng)被測(cè)物就直接繞射到接收器上，造成發(fā)送部分與接受部分的直接串?dāng)_問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發(fā)射開始到&

75、quot;虛假反射波"結(jié)束的時(shí)間段里的信號(hào)。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了30cm左右的“盲區(qū)”。</p><p>　　4.3 超聲波的衰減</p><p>　　超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫超聲波的衰減。引起超聲波衰減的主要原因有： </p>

76、<p>　?。?）擴(kuò)散衰減:超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴(kuò)散能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨傳播距離的增加而減弱。超聲波的聲壓和聲強(qiáng)均隨至聲源的距離的增加而減弱。 </p><p>　　（2）散射衰減:當(dāng)聲波要傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質(zhì)所組成的界面時(shí)，就將產(chǎn)生散亂反射，從而損耗了聲波的能量，

77、被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，最終變?yōu)闊崮堋?</p><p>　　（3）粘滯衰減:聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性造成近質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦從而使一部分聲能轉(zhuǎn)化熱能。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。</p><p>　　超聲波的衰減有兩種表示方法。一種是用底波多次反射的

78、次數(shù)來表示。這種方法僅能粗略地比較聲波在不同材料中的衰減程度，也就是對(duì)同樣厚度的不同材料在同樣的儀器靈敏度下，觀察它們的底面反射波的次數(shù)，底波次數(shù)多的材料，說明聲波在該材料中衰減少，底波次數(shù)少，則聲波衰減比較嚴(yán)重。另一種是理論上定量計(jì)算的表示方法，即用衰減系數(shù)來表示聲波的衰減【6】。</p><p>　　4.4 系統(tǒng)干擾因素</p><p>　　測(cè)量裝置的干擾來自多方面。機(jī)械振動(dòng)或沖擊會(huì)對(duì)

79、傳感器產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾;光線對(duì)測(cè)量裝置中的半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生干擾;溫度的變化會(huì)導(dǎo)致電路參數(shù)的變動(dòng)，產(chǎn)生干擾:以及電磁干擾等等。干擾竄入測(cè)量裝置有三條主要途徑，如圖4-2：</p><p>　　圖4-2 干擾圖</p><p>　　干擾以電磁波輻射的方式經(jīng)空間竄入測(cè)量裝置。信道干擾。信號(hào)在傳播過程中，通道中各元器件產(chǎn)生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。</p><p>

80、<b>　　（2）電源干擾</b></p><p>　　這是由于電源波動(dòng)、市電電網(wǎng)干擾信號(hào)的竄入以及裝置供電電源電內(nèi)阻引起各單元電路相互禍合造成的干擾。一般情況下，電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)干擾主要由發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、大功率繼電器、電臺(tái)等的感應(yīng)引起，其強(qiáng)度遠(yuǎn)小于電源接地系統(tǒng)和U0系統(tǒng)的干擾，這種干擾可采用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以抑制。因此，在微機(jī)系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)與v0通道的干擾是問題的主要

81、方面。</p><p>　?。?）供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾</p><p>　　由于供電電網(wǎng)面對(duì)各種用戶，電網(wǎng)上并聯(lián)著各種各樣的用電器。用電器在開關(guān)機(jī)時(shí)都會(huì)給電網(wǎng)帶來強(qiáng)度不一的電壓跳變。這種跳變的持續(xù)時(shí)間很短，人們稱之為尖峰電壓。它會(huì)影響測(cè)量裝置的正常工作。</p><p><b>　?。?）電網(wǎng)電源噪聲</b></p><p

82、>　　把供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間At> ls者稱為過壓和欠壓噪聲。供電電網(wǎng)內(nèi)阻過大或網(wǎng)內(nèi)用電器過多會(huì)造欠壓器聲。供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間lms<At<ls ，稱為浪涌和下陷噪聲。它主要產(chǎn)生于感性用電器(如電機(jī))在開關(guān)機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。供電電壓跳變時(shí)間的持續(xù)時(shí)間At< lm s的被稱為尖峰噪聲。</p><p>　?。?）供電系統(tǒng)的抗干擾</p><p>　　

83、供電系統(tǒng)常采用下列幾種抗干擾措施:</p><p>　?、?交流穩(wěn)壓器。它可消除過壓、欠壓所造的影響，保證供電的穩(wěn)定。</p><p>　?、?隔離穩(wěn)壓器。由于浪涌和尖峰噪聲主要成份是高頻分量，它們不通過變壓器級(jí)線圈之間的互感禍合，而是通過線圈寄生電容禍合。隔離穩(wěn)壓器初次級(jí)間用屏蔽層隔離，減少級(jí)間禍合電容，從而減少高頻噪聲的竄入。</p><p>　?、?低通濾波器

84、。它可濾去大于50Hz市電基波的高頻干擾。對(duì)于50HZ市電基波 ， 則通過整流濾波后也能夠完全濾除。</p><p>　?、?獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，有意識(shí)地把各種不同功能塊的電路單獨(dú)設(shè)置供電系統(tǒng)電源。這樣做基本可消除各單元電路因共用電源而引起相互耦合所造成的干擾.在本系統(tǒng)中就采用了這種電源的配置。接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)測(cè)量裝置中的地線是所有電路公共的零電平參考點(diǎn)。理論上，地線上所有的位置的電平應(yīng)該相同。然而，

85、由于各個(gè)地點(diǎn)之間必須用具有一定電阻的導(dǎo)線連接，一量有地電流流過時(shí)，就有可能使各個(gè)地點(diǎn)的電位產(chǎn)生差異。同時(shí)，地線是所有信號(hào)的公共點(diǎn)所有信號(hào)電流都要經(jīng)過地線。這就可能產(chǎn)生公共地電阻的禍合干擾。地線的多點(diǎn)相也會(huì)產(chǎn)生環(huán)電流.環(huán)路電流會(huì)與其它電路產(chǎn)生禍合。所以，認(rèn)真設(shè)計(jì)地線和接地點(diǎn)對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定是十分重要的【9】。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)

86、</p><p>　　(1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以及讀取子程序等部分；</p><p>　　(2)基于YB1602的顯示模塊，分為初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序；</p><p>　　(3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等；</p><p>　　(4)

87、本次設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫程序，C語(yǔ)言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。</p><p>　　主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。如圖4-3所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系</p><p>　　圖4-3 程序流程圖</p><p><b>　　5.2 系統(tǒng)主程序</b&

88、gt;</p><p>　　本設(shè)計(jì)主程序的思想如下：</p><p>　　(1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為mm；</p><p>　　(2)溫度每隔900ms采樣一次，DS18B20在12位精度下轉(zhuǎn)換周期為750ms ,故900ms滿足該速度要求；超聲波每隔60ms發(fā)送一次。</p><p>　　(3)按鍵S為測(cè)量啟動(dòng)鍵；</

89、p><p>　　(4)系統(tǒng)采用AT89S52的內(nèi)時(shí)鐘：12MHz；</p><p>　　(5)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為112mm；</p><p><b>　　系統(tǒng)主程序如下：</b></p><p>　　void main(void)</p><p&

90、gt;<b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p><p>　　for(i=0;i<255;i++)</p><p>　　for(j=0;j<255;j++); //延時(shí)，等待系統(tǒng)外圍復(fù)位完成 </p><p>　　sys_init();

91、 //初始化</p><p>　　display(); //顯示</p><p>　　sta_flag=0; //標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位 </p><p>　　waitforstarting: //檢測(cè)按鍵</p><p>　　while(START);<

92、/p><p>　　for(i=0;i<20;i++)</p><p>　　delay1ms();</p><p><b>　　if(START)</b></p><p>　　goto waitforstarting;</p><p>　　BUZZER=0; //按鍵按下&

93、lt;/p><p><b>　　i=100000;</b></p><p>　　while(i--);</p><p><b>　　BUZZER=1;</b></p><p><b>　　i=100000;</b></p><p>　　while(i--);

94、 </p><p>　　TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0</p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p>　　testtemp(); //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換</p><p>　　while(1) </p&g

95、t;<p><b>　　{ </b></p><p>　　if(sta_flag) //60MS到了，超聲波已經(jīng)發(fā)送 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　while(0==CSBIN); //等待超聲波返回</p><p

96、><b>　　TR1=0;</b></p><p>　　jsh=TH1; //停止計(jì)數(shù)</p><p><b>　　jsl=TL1;</b></p><p>　　if(15==count) //1S到，檢測(cè)溫度</p><p><b>　　{

97、</b></p><p>　　temp=wd(); </p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　testtemp(); //重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換</p><p>　　display(); //刷新顯示</p><p>

98、;<b>　　}</b></p><p>　　computer(); //計(jì)算距離</p><p>　　hextobcd(); //轉(zhuǎn)化成BCD碼</p><p>　　sta_flag=0; //標(biāo)志清零</p><p><b>　　} </b>

99、;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sys_init(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar i;</b&

100、gt;</p><p>　　for(i=0;i<29;i++) //顯示清零</p><p>　　{ num[i]=0;}</p><p>　　TMOD=0x11;</p><p><b>　　TH0=0x15;</b></p><p><b>　　TL0=0xA0;

101、</b></p><p><b>　　P0=0;</b></p><p>　　CNT=0; //超聲波發(fā)送關(guān)閉</p><p><b>　　CSBIN=1;</b></p><p>　　EA=1; //開放總中斷</

102、p><p>　　Init_LCD();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.3 40KHz超聲波發(fā)送程序</p><p>　　超聲波的每過60ms發(fā)送一次，通過定時(shí)器T0中斷中發(fā)送超聲波，超聲波發(fā)送后延時(shí)一段時(shí)間后返回，防止余波被接收頭接收誤判，程序如下：</p><p>

103、;　　/*****************************************************</p><p>　　定時(shí)器0溢出中斷函數(shù)，每60MS溢出</p><p>　　*****************************************************/</p><p>　　void timer0(void)inter

104、rupt 1 using 0</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TH0=0x15;</b></p><p><b>　　TL0=0xA0;</b></p><p><b>　　TH1=0;</b></p>

105、<p><b>　　TL1=0;</b></p><p>　　sta_flag=1; //標(biāo)志置為1</p><p>　　count++; //計(jì)次單元加1</p><p>　　_nop_(); //開始發(fā)送超聲波40KHz</p&

106、gt;<p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CNT=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>

107、;　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b>

108、;</p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p&g

109、t;<b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　CNT=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();&

110、lt;/b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器1計(jì)數(shù)</p><p>　　delay15(50); //延時(shí)避開直達(dá)信號(hào)&

111、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.4 超聲波的接收和處理</p><p>　　超聲波由超聲波接收頭接收，經(jīng)過CX20106檢波放大變換后送到單片機(jī)的P2.6腳，程序中通過指令：</p><p>　　Wile(0==CSBIN)；</p><p>　　來查詢，接收到超聲

112、波信號(hào)后往下面執(zhí)行，進(jìn)行計(jì)算處理。本設(shè)計(jì)中需注意當(dāng)距離過遠(yuǎn)或者沒有返回信號(hào)時(shí)候，定時(shí)器T1的溢出必須處理。</p><p>　　5.5 DS18B20溫度采集程序 </p><p>　　DS18B20的工作流程是,初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包括：初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。</p><p>　　(1)DS18B20的初始化</p&g

113、t;<p>　　DS18B20的初始化的實(shí)質(zhì)是使DS18B20復(fù)位，主要是通過判斷存在脈沖的形式來實(shí)現(xiàn)的。首先主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖，即寬度范圍為的負(fù)脈沖，拉高15~90以延時(shí)等待，然后通過輸入/輸出線讀存在脈沖，為低說明存在，復(fù)位成功；否則說明不存在，復(fù)位失敗，必須對(duì)DS18B20重新初始化。</p><p>　　/*************************************</p&g

114、t;<p>　　DS18B20復(fù)位函數(shù)</p><p>　　**************************************/</p><p>　　void Init_18B20(void)//初始化18B20</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ = 1; /

115、/DQ復(fù)位</p><p>　　Delay(10);</p><p>　　DQ = 0; //單片機(jī)將DQ拉低</p><p>　　Delay(80); //80us</p><p>　　DQ = 1; //拉高總線</p><p>　　Delay(10); //稍做延時(shí)后 如果x=0則初始化成功 x=1則

116、初始化失敗</p><p><b>　　if(DQ)</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p>