【正文】 液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。隨著科技水平的不斷提高， 超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小ｋS著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。信息技術(shù) 包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)相當(dāng)于人的大腦，通信相當(dāng)于人的神經(jīng)，而傳感器就相當(dāng)于人的感官。Ultrasound。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單、使用方便可靠， 可應(yīng)用到汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng) ，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于 社會(huì)公共 交通安全起到重要作用。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小?36 附錄 C 實(shí)物圖 34 附錄 A 硬件設(shè)計(jì)電路圖 30 本章小結(jié) 29 PCB 板制作 29 電路板設(shè)計(jì)軟件介紹 22 從單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 主單片機(jī)程序流程圖 14 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 11 無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì) 8 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 4 本章小結(jié) 4 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 3 主控芯片選型 盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 安陽工學(xué)院 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材 料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 I Abstract 5 CPU 的介紹 9 US020 超聲波測(cè)距模塊簡介 10 LCD 顯示電路的設(shè)計(jì) 20 本章小結(jié) 24 從單片機(jī)程序流程圖 25 本章小結(jié) 29 硬件電路調(diào)試 本文著重介紹了一種基于 AT89S52 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路組成、 軟件設(shè)計(jì)及主要功能。 關(guān)鍵詞 ： AT89S52；超聲波 ；測(cè)距 ； LCD 顯示；無線收發(fā) II The Design of Ranging System Based on AT89S52 MCU Abstract:In recent years, with the development of the electronic measurement technology, using ultrasound to make accurate measurement has bee possible. With the constant improvement of the level of science and technology, ultrasonic ranging technology is widely used in People39。Ranging。比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器等等，超聲波測(cè)距作為一種典型的非接觸測(cè)量方法，在很多場合，諸如工業(yè)自動(dòng)控制 ,建筑工程測(cè)量和機(jī)器人視覺識(shí)別等方面得到廣泛的應(yīng)用。超聲波是指頻率在 20kHz 以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。一般的超聲波測(cè)距儀可用于固定物位或液位的測(cè)量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。因此，超聲 波 在特殊環(huán)境下 測(cè)距 有較廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)是一個(gè) 基于單片機(jī) AT89S52 和外圍電路的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用測(cè)量超聲波遇到障礙物的往返時(shí)間從而測(cè)得實(shí)際距離。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇與論證 主控芯片選型 目前市場上的單片機(jī)種類繁多，每種單片機(jī)都各有其特色。 超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)方案 方案一：通過單片機(jī) 端口編程輸出 40KHz 左右的方波脈沖信號(hào)，加上功率放大電路驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭 UCM40T 發(fā)射超聲波距離足夠遠(yuǎn)。因此本設(shè)計(jì) 采 用了 US020 超聲波測(cè)距模塊。 無線收發(fā)實(shí)現(xiàn)方案 由于本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能，在查找相關(guān)資料后， NRF905 無線芯片是挪威NORDIC 公司出品的低于 1GHz 無線 數(shù)據(jù)傳輸 芯片，主要工作于 433MHz、 868MHz 和915MHz 的 ISM 頻段。 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)采用兩片 AT89S52單片機(jī)作為主控單元 ，主 AT89S52通過測(cè)量輸出脈沖寬度 （ 即發(fā)射與接收超聲波的時(shí)間間隔 ） 結(jié)合環(huán)境溫度來計(jì)算距障礙物的距離，并將計(jì)算的距 離以無線方式發(fā)送給從單片機(jī)，從單片機(jī)通過無線方式接收到距離數(shù)據(jù)，通過 LCD1602液晶顯示器 實(shí)時(shí) 顯示 測(cè)量結(jié)果。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 (1) 與 MCS51 兼容 ； (2) 8K 字節(jié)可 編程閃爍存儲(chǔ)器 ； (3) 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； (4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ； (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz33Hz； (6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ； (7) 看門狗定時(shí)器； (8) 32 可編程 I/O 線 ； (9) 三 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； (10) 8 個(gè)中斷源 ； (11) 全雙工 UART 串行通道 ； (12) 低功耗的閑置和掉電模式 ； (13) 雙數(shù)據(jù)指針。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯電平。在 flash 編程時(shí)，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)， 可以 輸出指令字節(jié)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 7 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。對(duì) P3 端口寫 “ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入 時(shí) ，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。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)。 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。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 此外， AT89S52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作 ，只需給 MCS51 的復(fù)位引腳 RST 加上大于 2 個(gè)機(jī)器周期（即 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可使 MCS51 復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。 當(dāng)測(cè)距10 結(jié)束時(shí)， 3號(hào) Echo端口 會(huì) 輸出一個(gè)高電平，電平寬度為超聲波往返時(shí)間之和。 圖 4pin 接口 從左到右依次編號(hào) 1， 2， 3， 4。 4 號(hào) pin：接外部電路的地。 根據(jù) Echo 管腳輸出高電平的持續(xù)時(shí)間可以計(jì)算距離值。它由若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有12 一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，它顯示的內(nèi)容為16X2， 即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊 （顯示字符和數(shù)字）。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 1602LCD 的指令說明及時(shí)序 1602LCD 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示 。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S： 屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。 指令 9：讀忙 信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 NRF905是單片射頻收發(fā)芯片，工作于 433MHz的 ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 具體參數(shù)和功能說明如下。推薦電壓 作業(yè)。 （ 4） 13 腳、 14 腳為接地腳，需要和母板的邏輯 地連接起來。 NRF905 單片機(jī)無線收發(fā)器工作在 433/868/915MHz 的 ISM 頻 段，由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器、一個(gè)帶解調(diào)的接收器、一個(gè)功率放大器、一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。 模式 Shock Burst TM 收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器進(jìn)入，但高速發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和 CRC 校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后， DR 引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。當(dāng)微處理器接到 AM 引腳的信號(hào)之后，其就知道 NRF905正在接收數(shù)據(jù)包， 其可以決定是讓 NRF905 繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入 另 一個(gè)工作模式。空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較短。當(dāng) NRF905 處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)， SPI 接口可以保持在工作狀態(tài)。 （ 2） SPI 指令設(shè)置 當(dāng) CSN 為低時(shí) ， SPI 接口開始等待一條指令 ， 任何一條新指令均由 CSN 的由高到低的轉(zhuǎn)換開始。 20 本設(shè)計(jì) 采用一個(gè)蜂鳴器 來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能 ，由 輸出一定頻率的信號(hào)，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過一個(gè)三極管 8050 的放大。 電路圖如圖 所示 [15]。只有在軟件指令的指揮下才能使 單片機(jī)系統(tǒng) 正常 工作。 主單片機(jī)系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì) 的主單片機(jī)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是測(cè)量障礙物的距離和處理數(shù)據(jù)進(jìn)行無線發(fā)射，在軟件設(shè)計(jì)中包括超聲波測(cè)距子程序和無線發(fā)射子程序。具體流程圖如圖 所示。 無線發(fā)射 程序 流程圖如 圖 所示 。 25 開 始初 始 化無 線 接 收是 否 接 到 數(shù) 據(jù) ？數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 值 是 否 大 于 報(bào) 警值 ？液 晶 顯 示報(bào) 警N oY e sY e sN o 圖 從單片機(jī)程序流程框圖 子程序流程圖 NRF905 模塊的接收步驟為： 當(dāng) TRX_CE 為高、 TX_EN 為低時(shí)， NRF905 進(jìn)入 Shock Burst TM 接收模式； 650us 后， NRF905 不斷檢測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；當(dāng) NRF905 檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；當(dāng)接收到一個(gè)相當(dāng)匹配的地址， AM 引腳被置高；當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢， NRF905 自動(dòng)移去字頭、地址和 CRC 校驗(yàn)位，然后把 DR引腳置高；微控制器把 TRX_CE 置低， NRF905 進(jìn)入空閑模式；微控制器通過 SPI 口， 以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢， NRF905 把 DR 引腳和 AM26 引腳置低； NRF905 此時(shí)可以進(jìn)入 Shock Burst TM 接收模式、 Shock Burst TM 發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。 開 始初 始 化內(nèi) 部 是 否 忙 碌讀 指 令讀 數(shù) 據(jù)顯 示N oY e s