【正文】 片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)。接收電路的輸出端接單片機(jī)的外部中斷源輸入口。系統(tǒng)定時(shí)發(fā)射超聲波，在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離,結(jié)果輸出給LED顯示。利用本測(cè)距系統(tǒng)測(cè)量，范圍應(yīng)在30cm～250cm內(nèi)，其最大誤差控制在5cm內(nèi)。 總體設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)AT89C51編程產(chǎn)生40kHz的方波，再經(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,送至單片機(jī)。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。 圖21超聲波測(cè)距儀時(shí)序圖該測(cè)距裝置是由超聲波傳感器、單片機(jī)、發(fā)射/接收電路和LED顯示器組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路相連,接收電路輸出端與單片機(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21所示。 接收頭采用與發(fā)射頭配對(duì)的探頭，將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，單片機(jī)在發(fā)射時(shí)刻同時(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反射回來，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)射點(diǎn)距障礙物的距離。 超聲波是指頻率高于40KHz的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（timeofflight）。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè)距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為340米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。 本次實(shí)訓(xùn)主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。采用AT89S52來實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT4010系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。，然后單片機(jī)不停的檢測(cè)INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。實(shí)訓(xùn)硬件原理框圖如下：根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S51單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成，超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下圖所示：圖22 超聲波測(cè)距器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖(1) 中央控制部分 采用 AT89C51 單片機(jī) 該型單片機(jī)有 4KB 的 ROM,128B 的 RAM,5 個(gè)中斷源,兩個(gè) 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器 可完全滿足本設(shè)計(jì)的需要 (2) 電源部分 本實(shí)訓(xùn)電源由外界提供，所要求為+5V。(3）顯示部分 采用 5461四位數(shù)碼管，該數(shù)碼管已足夠本實(shí)驗(yàn)需求，可以提供良好的人機(jī)交互。 (3)鍵盤輸入部分 采用四個(gè)按鍵開關(guān)鍵盤 可滿足測(cè)距儀功能鍵。(5)聲光部分 聲信號(hào)采用蜂鳴器、光信號(hào)采用發(fā)光二極管。 軟件部分主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P2清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，(這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為340m/s則有： d=(C*T0)/2=170*T0/10000cm（其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值）主程序其工作流程是：上電后首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，緊接著調(diào)用顯示子程序，顯示完后判斷有沒有超聲波被接收，若有，則停止計(jì)時(shí)并將計(jì)時(shí)值送入距離計(jì)算子程序，然后將所測(cè)距離顯示1 秒，最后返回進(jìn)行下一輪測(cè)量；若沒有信號(hào)進(jìn)來，則繼續(xù)調(diào)用顯示子程序。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式LED,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。主程序框圖如下: 圖23 超聲波程序流程圖 用單片機(jī)編程產(chǎn)生40kHz方波，可用延時(shí)程序和循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。先定義一個(gè)延時(shí)函數(shù)delays()，然后可用for語(yǔ)句循環(huán)，并且循環(huán)一次同時(shí)改變方波輸出口的電平高低，從而產(chǎn)生方波。部分程序如下：void main() //主函數(shù) { EA=1。 //開中斷 TMOD=0x11。 //設(shè)定時(shí)器0為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器1定時(shí) ET0=1。 //定時(shí)器0中斷允許 ET1=1。 //定時(shí)器1中斷允許 TH0=0x00。 TL0=0x00。 TH1=0x9E。 TL1=0x57。 csbds=0。 csbout=1。 cl=0。 csbs=8。 jpjs=0。 sj1=50。 /////////測(cè)試報(bào)警距離 sj2=150。 sj3=2500。 //測(cè)試最大距離 k4cl()。 TR1=1。 while(1) { keyscan()。 if(jpjs1) { csbcj()。 //調(diào)用超聲波測(cè)距程序 if(ssj3) //大于時(shí)顯示“CCC” { buffer[2]=0x39。 buffer[1]=0x39。 buffer[0]=0x39。 } else if(ssj1) //小于時(shí)顯示“ ” 報(bào)警 { buffer[2]=0x40。 buffer[1]=0x40。 buffer[0]=0x40。 } else timeToBuffer()。 } else timeToBuffer()。 //將值轉(zhuǎn)換成LED段碼 offmsd()。 //為零時(shí)隱去數(shù)字 scanLED()。 //顯示函數(shù) if(ssj1) bg=0。 //小于5cm報(bào)警 bg=1。 } } 單片機(jī)每隔一段時(shí)間產(chǎn)生一串40kHz方波，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波，產(chǎn)生中斷信號(hào)后，單片機(jī)執(zhí)行中斷程序。在中斷程序中，先讓定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，然后讀取時(shí)間，通過時(shí)間計(jì)算出所測(cè)距離，輸出結(jié)果。測(cè)距程序如下：void csbcj() //超聲波測(cè)距函數(shù){ if(cl==1) { TR1=0。 TH0=0x00。 TL0=0x00。 i=csbs。 while(i) { csbout=!csbout。 } TR0=1。 i=mqs。 //盲區(qū) while(i) { } i=0。 while(csbint) { i++。 if(i=4000) //上限值 csbint=0。 } TR0=0。 TH1=0x9E。 TL1=0x57。 t=TH0。 t=t*256+TL0。 t=t29。 s=t*csbc/2。 TR1=1。