【正文】 頻上，則 LM567輸入信號大于 25mV，輸出端 8腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機(jī)處理 。 167。 身高測量算法構(gòu)思 超聲波發(fā)生器 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)遇到被測物體后阿佘回來。被接收器所接收到。 發(fā)出超聲波信號到接受到返回信號所用的時間，就可以算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。公式如下： d=s/2=（ c*t） /2 。 d 為被測物與測發(fā)生器鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 共 27 頁 的距離， s為聲波的來回路程， c為聲速， t 為聲波來回所用的時間。 167。 硬件部分調(diào)試分析構(gòu)思 在硬件方面 將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來， 從而 提高抗干擾能力。聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T發(fā)射）和 TCT4010S1（ R接收），中心頻率為 40kHz，安裝 時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm 。 根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 在軟件方面 根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為 1m～ 3m，測距儀最大誤差不超過 1cm。 系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實際使用的測量要求。 同時可以 修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。 由于采用的電路使用了很多的集成電路。對集成電路有很大的要求，對元器件方面 五特別的要求。因為外圍的元器件不是很多，所以在調(diào)試方面應(yīng)該不會出現(xiàn)很大的問題，但在焊接方面需要留心，最好無誤。 167。 設(shè)計思路總結(jié) 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離 較 遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測量。 比如本次身高的測量。 超聲波測 身高 的原理一般首先測出超聲波從發(fā)射到遇到 人體頭部 返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與 人體頭部 之間的距離 。 超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能 器來實現(xiàn)。 利用超聲波檢測 身高 ，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到要求 。 超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計時，單片機(jī)使用 12MHz晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級。 根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，可以采用 AT89C52單片機(jī)作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED數(shù)字顯 示，超聲波驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時器完成 。 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 共 27 頁 第二章 設(shè)計原理及設(shè)計框圖 167。 設(shè)計原理 該原理是主要利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知。根據(jù)測量聲波發(fā)射到反射回來的時間差計算實際身高距離。 由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分組成。采用 AT89C52來實現(xiàn)對 CX20226A紅外接收芯片和 TCT4010系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。 單片機(jī)發(fā)出信號，經(jīng)過放大輸出，經(jīng)過鎖相環(huán)檢波處理，氣動單片機(jī)的中斷程序，測得時間 t，同時都系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析、辨別、計算 ,得出數(shù)據(jù)，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED顯示結(jié)果。超聲波的驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時器完成。 單片機(jī)通過 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測INT0引腳，當(dāng) INT0 引 腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計數(shù)器所計的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離 S。 設(shè)其往返時間為 t，速度為 v，則得距離為 s=vt/2 。傳感器通過聲波的波長和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時間差就能確定人的身高，在發(fā)送脈沖的同時，接收器的計數(shù)器啟動并開始計數(shù)，直到接收傳感器接收反射回波后，計數(shù)停止，該時間差相當(dāng)于測量的距離，從而測算出人體的身高。 167。 設(shè)計框圖 由單片機(jī)產(chǎn)生 40KHz 左右的脈沖并輸出，經(jīng)調(diào)制器將脈沖信號放大和振蕩器振蕩后，由超聲波 發(fā)射器發(fā)射出超聲波，遇到障礙物返回被超聲波接收器接收到后，經(jīng)過接收檢測裝置對接受信號進(jìn)行處理和計時器計時后，由單片機(jī)計算超聲波發(fā)射器到障礙物之間的距離，并將計算結(jié)果由顯示器顯示。 為此設(shè)計了超聲波測身高原理框圖如下（圖 ） : 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 7 頁 共 27 頁 圖 超聲波發(fā)射器 放大電路 放大電路 單片機(jī)控制 LED 顯示 掃描驅(qū)動 鎖相環(huán)檢波 超聲波接收器 定時器 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 共 27 頁 第三章 傳感器和電源的比較與選擇 167。 傳感器設(shè)計的方案選擇 超聲波測身高設(shè)計電路主要由電源電路、單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接受電路組成。 下面方案選擇具體介紹。 167。 T/R4010傳感器設(shè)計電路 電路主要由以下電路構(gòu)成：超聲波傳感器 T/R40超聲波發(fā)射與接收構(gòu)成的收發(fā)電路；中央控制處理器 AT89C52組成的主機(jī)電路；輸出顯示電路等。它是一種性能優(yōu)良的發(fā)射與接收配對的傳感器。 該電路主要用電磁式輸出與輸入振蕩電路，所輸入的信號經(jīng)過放大，直接發(fā)送到單片機(jī) AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，通過編程可以進(jìn)行自動控制。 該電路的主要特點有： ⑴ 該產(chǎn)品的互換性好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng) ，外圍電路簡單，不需要布線直接通過發(fā)射模塊進(jìn)行無線發(fā)射。因此體積小。 ⑵ 該電路的測量精度很高，能在 TA = +25oC、 UCC = +5V 的條件下，測量誤差不超過 2cm。 167。 LM1812 傳感器設(shè)計電路 電路采用 LM1812 并有時基電路來控制 LM1812 的發(fā)送與接收（ LM1812 即發(fā)送又接收）?？刂凭嚯x可用 5千歐的電位器來調(diào)節(jié)。 LM1812是一種性能優(yōu)良，且既能發(fā)送又能接收超聲波的通用型超聲波集成器件。芯片內(nèi)包括：脈沖調(diào)制 C類振蕩器，高增益接收器，脈沖調(diào)制檢測器及噪音抑制器。 它除了可用 于遙控器、報警器、自動門控制及通信方面外，還可用于工業(yè)上的料位或液位的測量與控制、測距及測厚等方面，應(yīng)用廣泛。 采用 LM1812的特點有： （ 1）檢測器輸出可驅(qū)動 1A的峰值電流 （ 2）器件內(nèi)部有保護(hù)電路 （ 3）在電路中使用時不用外接晶體管驅(qū)動 （ 4）使用時不用外接散熱器 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 共 27 頁 （ 5）器件具有互換性 （ 6）可以使用一個發(fā)送 /接收換能器工作，也可使用兩個換能器分別發(fā)送和接收超聲波 （ 7）發(fā)送功率可達(dá) 12W（峰值） 所以此方案響應(yīng)速度慢，抗干擾能力相對較弱，外圍電路相對較復(fù)雜。 通過以上方案的分析，決定根據(jù)方案一作為設(shè) 計方案。無論是在性能、特點、還是電路材料上，或者是在原理圖上、設(shè)計上等都具有簡單、使用性強(qiáng)等特點。 167。 3． 2 電源電路設(shè)計的方案選擇 電源系統(tǒng)通常由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等構(gòu)成。 各種電子線路均需要直流電源來供電，而電網(wǎng)能提供給我們的電源卻是交流的，這就需要有一個轉(zhuǎn)換電路把交流電壓變成比較穩(wěn)定的直流電電壓。 電源變壓器將電網(wǎng)提供的交流電壓變換到電子線路所需的交流電壓范圍，同時還可起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用，可升壓也可降壓。 實現(xiàn)這種功能的電路就叫直流穩(wěn)壓電源，簡稱直流電源。 下面方案選擇具 體介紹。 167。 ： 在圖 中，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為 ，即當(dāng) D1 陰極加電壓超過 時，二極管陰極電壓就會保持 不變。在電路中 R1 的作用是限流，這是由于 D1 陰極電壓超過 ，穩(wěn)壓二極管被反向擊穿，流過 D1的電流將迅速增大，此時R1 上的電壓也會隨之而增大，以保證穩(wěn)壓管功耗限制在安全區(qū)內(nèi)。此時即使輸入電壓在一定的范圍增加，輸出端都會保持穩(wěn)定電壓。 但若反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管則會被徹底擊穿而損壞。 電路如圖 ，該電路是用硅穩(wěn)壓二極管的反向擊 穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓的。 不過該電路設(shè)計現(xiàn)在應(yīng)用不廣泛，一般都采用集成穩(wěn)壓電路，所以此方案不選用。 R1 270D1++Vi Vo 圖 二極管穩(wěn)壓電路 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 10 頁 共 27 頁 167。 7805三端穩(wěn)壓器電源： 集成穩(wěn)壓器是將直流穩(wěn)壓電路的調(diào)整管、穩(wěn)壓管、比較放大器和多種保護(hù)電路集成到一塊芯片上的單片集成穩(wěn)壓電源。它具有體積小、可靠性高、使用簡單安全等特點。而三端集成穩(wěn)壓器又是集成穩(wěn)壓器最常用的一種。 7805 是固定式三端集成穩(wěn)壓器，其輸出為 +5v。它輸出最大電流可達(dá) 1A（需加散熱片）。溫度范圍為 0176。C ～ 125176。C 。 如圖 ， 7805是由 它只有三 個外部接線端子，即輸入端、輸出端和公共端（ 輸出腳 VO，輸入腳 Vi和接地腳 GND） 組成。 三端固定式集成穩(wěn)壓器有正穩(wěn)壓器 78XXX系列和負(fù)穩(wěn)壓器 79XXX 系列。 78L05輸出額定電壓為 5V，最大輸出電流為 100mA。 78系列與 79系列的輸出引腳號不同，在使用時應(yīng)特別注意。 電路中 C1為主濾波電容，對額定輸出電流 100mA， 500mA， 的穩(wěn)壓電路， C1最好分別用 220181。F、 1000181。F、 3300181。F以上，以取得良好的濾波效果， C C3在印制板上要盡可能靠近集成穩(wěn)壓器的輸入輸出端以消除可能產(chǎn)生的高頻自激 振 蕩 。 它們的輸入電壓至 少 比輸出的額定電壓大 3V以上 （本設(shè)計中輸入電壓為 12V） ，才能有良好的穩(wěn)定電壓輸出，但兩者差別太大，集成穩(wěn)壓器上的管耗大，發(fā)熱 量 也大 。 1234D1C122 0 uC2vi n vo u tgndL M 78 05C310 0 uC4V C C22 0 V 8V 圖 7805穩(wěn)壓 電源電路 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 共 27 頁 第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 167。 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 單片機(jī)采用 AT89C52或其兼容系列。采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波轉(zhuǎn) 換 器所需的 40KHz 方波信號，利用外中斷 0 口檢測超聲波接 收 電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 4位共陽 LED數(shù) 碼管，段碼用 74LS245驅(qū)動，位碼用 PNP三極管驅(qū)動。 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示： 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2022屆自考本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 共 27 頁 OUTS5 RSTC110UFVCCR4 2KIN12MVCCP123P134P145P156P167P178RESET9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17X218X119P112P101GND20VCC40P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732EA/VP31ALE/P30PSEN29P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021A02A13A24A35A46A57A68A79E19DIR1B018B117B216B414B315B513B612B711GND10VCC20U1 AT89C52U274LS24512345678161514131211109U3 1KVCCVCCVCCR54K7R64K7R74K7R84K7VCC1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9U4