【正文】 圖 23 雙壓電晶片示意圖圖 24 雙壓電晶片的等效電路圖雙壓電晶片的等效電路如圖 24 所示， R 是電損耗，C0 為靜電電容，R 是損耗串聯(lián)電阻，聯(lián)電阻 Cm、L m 是機(jī)械共振回路的電容和電感。 超聲波傳感器選擇在超聲波測(cè)量系統(tǒng)中，頻率取得太高，在傳播的過(guò)程中衰減較大，檢測(cè)距離越短，分辨力也變高；頻率取得太低，外界的雜音干擾會(huì)相應(yīng)的變多。綜合以上分析，本設(shè)計(jì)將采用渡越時(shí)間法 [6]。在本系統(tǒng)中利用 AT89S52 中的定時(shí)器測(cè)量超聲波傳播時(shí)間，利用 DS18B20 測(cè)量環(huán)境溫度，從而提高測(cè)距精度。通過(guò)詳細(xì)分析超聲傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及影響超聲傳感器的幾個(gè)重要參數(shù)給出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用超聲傳感器的特性參數(shù)；析了超聲波測(cè)距的基本原理，并在此基礎(chǔ)上給出了測(cè)距的幾種常用方法以及傳感器指向角、環(huán)境溫度、工作頻率、發(fā)射脈沖波形。發(fā)射電路采用單片機(jī) 端口編程輸出大概 40KHz 的方波脈沖信號(hào)，同時(shí)開(kāi)啟內(nèi)部計(jì)數(shù)器 T0 單片機(jī)端口輸出功率比較弱，所以加大加功率放大電路使測(cè)量距離能夠滿(mǎn)足要求，驅(qū)動(dòng)超聲傳感器 UCM40T 發(fā)射超聲波距離足夠遠(yuǎn)。通過(guò)單片機(jī)編程將內(nèi)部計(jì)數(shù)得到的時(shí)間數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為距離信息，通過(guò)三位 LED 數(shù)碼管顯示。圖中輸出端上拉電阻 R31，一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間，另一方面可以提高反向器 74HC04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力。為了保證發(fā)射波功率和波形的重復(fù)性，發(fā)射電路的設(shè)計(jì)必須合理。 發(fā)射電路方案從上面的分析可以知道，發(fā)射電路設(shè)計(jì)的主要目的是提供輸入到發(fā)射探頭電壓和功率。存在 4 個(gè)因素限制了該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射回波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。（4）由于超聲波利用接收發(fā)射波來(lái)進(jìn)行距離的計(jì)算，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小為 2 ，當(dāng) 很小的時(shí)候，可直接按式 進(jìn)行距離的?2SCt?V計(jì)算；當(dāng)夾角很大的時(shí)候，必須進(jìn)行距離的修正，修正的公式為： (31)costS??? 實(shí)際的調(diào)試過(guò)程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因?yàn)槊恳环N超聲波發(fā)射、接收頭都有一個(gè)有效測(cè)量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測(cè)量夾角為 45176。里面的放大電路是一個(gè)三級(jí)運(yùn)算放大器 A1，功能是將從目標(biāo)處反射回來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大整形后送入計(jì)數(shù)控制電路部分。前置放大電路單元的作用是對(duì)有用的信號(hào)進(jìn)行放大，并抑制其它的噪聲和干擾，從而達(dá)到最大信噪比，以利于后續(xù)電路的設(shè)計(jì)。0?I故可知本電路中：U +=0， U=U+=0 所以有 (34)iR23???上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運(yùn)算關(guān)系，式中的負(fù)號(hào)表示 與 反相。液晶屏。問(wèn)題 2 采用共陰極數(shù)碼管還是共陽(yáng)極數(shù)碼管沒(méi)有太明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。兩種數(shù)碼管僅在單片機(jī)編程時(shí)數(shù)碼對(duì)應(yīng)的筆劃信息碼不同。它的原理比較簡(jiǎn)單。針對(duì)以上 3 個(gè)問(wèn)題，實(shí)際考慮節(jié)約單片機(jī)的接口資源以及減少硬件芯片成本投入，本單元電路設(shè)計(jì)如圖 35 所示，采用 3 位共陰極數(shù)碼顯示管，顯示字符由單片機(jī) P2 口送至鎖存器 74ACQ574 鎖存，再經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2O03 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，分別控制每一位的動(dòng)態(tài)顯示。它引腳如圖 37 所示，其內(nèi)部含七對(duì)達(dá)林頓放大管，其主要功能是輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平。這里采用的主要元器件是 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，其具有智能化、體積小、精度高、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。液晶顯示屏有體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、微功耗、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。這里要注意的是，為了布線方便，單片機(jī)端的 D0～D7 是接到 LCD／602 的 D7～D0，正好相反， 因此在編寫(xiě)軟件時(shí)需要做處理，使讀取正確 [10]。對(duì)其中主要硬件單元：發(fā)射電路、接收電路、檢測(cè)電路以及顯示電路的設(shè)計(jì)給出原理圖并進(jìn)行了分析計(jì)算。(3)按鍵 S 為測(cè)量啟動(dòng)鍵；(4)系統(tǒng)采用 AT89S51 的內(nèi)時(shí)鐘：12MHz；(5)沒(méi)有使用看門(mén)狗功能；(6)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開(kāi)始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。i++)for(j=0。 //初始化display()。i20。 //蜂鳴器鳴音一次提示按鍵按下i=100000。while(i)。 //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換while(1) { if(sta_flag) //60MS 到了，超聲波已經(jīng)發(fā)送 { while(0==CSBIN)。if(15==count) //1S 到，檢測(cè)溫度{temp=wd()。 //刷新顯示}puter()。for(i=0。TH0=0x15。 //超聲波發(fā)送關(guān)閉CSBIN=1。例如，時(shí)鐘中斷、操作員。子程序流程圖如圖 43 所示：圖 43 外部中斷子程序RECEIVE： PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSH ACLR EXO ；關(guān)閉外部中斷 INTOMOV R0， TL0 ；讀取時(shí)間MOV R1， TH0LCALL MULD ；調(diào)用乘法子程序計(jì)算機(jī)距離LCALL ADJ ；調(diào)用十進(jìn)制調(diào)整子程序LCALL DISPSETB EX0 ；打開(kāi)外部中斷 INT0POP A POP PSWRETI 定時(shí)器中斷子程序因?yàn)?51 單片機(jī)是 16 位定時(shí)器，最大的計(jì)時(shí)時(shí)間為 65536us，所以當(dāng)測(cè)量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器必然會(huì)發(fā)生溢出；我們必須對(duì)溢出中斷進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才能使得單片機(jī)正常工作。 //復(fù)位 18b20 芯片tu=0。 //讀兩個(gè)字 reset()。tu=1。 } //返回 0XFF 表示未檢測(cè)到 18B20 芯片} 實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 int C_speed(void) //根據(jù)溫度查算聲速值{ uchar y。 //溫度為正則+聲速else speed=332T_C*。cm=TH1*256+TL1。 //轉(zhuǎn)換為 s 單程return cm。五、 結(jié)論本設(shè)計(jì)是以 AT89C51 為核心，借助于模數(shù)電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，解決了超聲波測(cè)距的一些難題。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，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(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在此我要向我的導(dǎo)師尹建平老師致以最衷心的感謝！在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，各位老師給予了我的學(xué)習(xí)、生活很熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，利用超聲波的特性設(shè)計(jì)出的一種簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)。主要包括整個(gè)程序的算法思想，采用模塊化設(shè)計(jì)，大量采用子程序設(shè)計(jì)的方法，大大縮短編程開(kāi)發(fā)周期，方便程序閱讀以及程序查錯(cuò)。 //減去限制 10M 的初值+可調(diào)誤差值cm*=speed。 //若 1820 不存在即無(wú)法讀取溫度，聲 速＝（取 25 度）return speed。 //采溫度 if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速{T_C=y。 //去掉低四位即為整數(shù)溫度值，無(wú)需* return c。 // 跳過(guò)多傳感器識(shí)別 skio rom write(0x44)。 // 跳過(guò)多傳感器識(shí)別 skio rom write(0xBE)。流程圖如圖 44所示：圖 44 定時(shí)器中斷子程序程序如下：TIME0: PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSH ACLR EX0CLR TR0MOV TL0，00HMOV TH0，00HSETB TR0SETB EX0LCALL PULSE ；調(diào)用發(fā)射脈沖子程序POP APOP PSWRETI 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序分析 實(shí)現(xiàn)溫度讀取功能uint Read_Temperature(void) //讀取溫度,返回整數(shù)值{ uint c。在主程序中，發(fā)射的 40KHz脈沖信號(hào)遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測(cè)電路產(chǎn)生外中斷信號(hào)至單片機(jī)。 //開(kāi)放總中斷Init_LCD()。P0=0。i++) //顯示清零{ num[i]=0。 //轉(zhuǎn)化成 BCD 碼sta_flag=0。testtemp()。jsh=TH1。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0ET0=1。BUZZER=1。if(START)goto waitforstarting。 //標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位 waitforstarting: //檢測(cè)按鍵while(START)。j++)。for(i=0。?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。報(bào)警部分的連線，如圖 310 所示。其中，TC1602 第 4 腳 RS 為寄存器選擇，第 5 腳 RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，第 6 腳 E 為使能端。 LCD 顯示部分本設(shè)計(jì)中顯示部分采用字符型 TC1602 液晶來(lái)顯示我們所測(cè)距離值。本課題讓單片機(jī) 經(jīng)此芯片提升驅(qū)動(dòng)能力從而控制數(shù)碼管的位選，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)掃描輸出 [9]。其功能表，如表 31 所示。但要求占用很多 I/O 接口線和增用不少硬件芯片，成本較高。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的( 約 1ms)，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)給人的印象就是一組穩(wěn)RST9XTAL218XTAL119VSS20PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31VCC 40AT89S51IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77OUT1 16OUT3 14OUT4 13OUT5 12OUT6 11OUT7 10OUT2 15COM 9GND8ULN2022AOE1CLK11D02 O0 19D13 O1 18D24 O2 17D35 O3 16D46 O4 15D57 O5 14D68 O6 13D79 O7 12VCC 20GND1074ACQ574PC12XTALC3C21KR1C1VCCVCCKfgedKcDPbaDpy RedCCKfgedKcDPbaDpy RedCCKfgedKcDPbaDpy RedCCVCCVCC12345678161514131211109Res Pack4VCCY1Y2Y3Y1 Y2 Y3X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1圖 35 顯示部分電路圖定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆劃或點(diǎn)就發(fā)亮，控制不同二極管導(dǎo)通就能顯示出不同符號(hào)。LED 數(shù)碼管顯示與單片機(jī)接口通常涉及以下幾個(gè)問(wèn)題: 數(shù)碼管顯示用共陰極管還是共陽(yáng)極管問(wèn)題 1 軟件譯碼是將各數(shù)碼的筆劃信息構(gòu)成一個(gè)表格預(yù)儲(chǔ)于內(nèi)存，以后根據(jù)要顯示的每一數(shù)碼執(zhí)行一段查表程序，查得相應(yīng)筆劃信息再送數(shù)碼管顯示。 單片機(jī)顯示電路設(shè)計(jì)顯示器是一個(gè)其應(yīng)用是極為廣泛的設(shè)備，基本上所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，而其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同而己。由電路可列出: I (32)3RUf???I