【正文】 時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。圖33 接收電路超聲波探頭接收到超聲波后，通過聲電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一正弦信號，其頻率為傳感器的中心頻率，即40kHz。圖31 發(fā)射電路74HC04內(nèi)部集成了六個反向器，同時具有放大的功能。其時序圖如圖31所示。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，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，讀取單片機中定時器的值。當它的兩極外加脈沖信 號，其頻率等于壓電陶瓷晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。其管腳圖如圖22所示。其中，中央處理器(CPU)的字長長，功能強大；ROM和RAM的容量很大；I/O接口的功能也大，這是單片機無法比擬的。因此，單片機只需要與適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。第二章 超聲波測距系統(tǒng)本設(shè)計是基于單片機控制的，在介紹電路設(shè)計之前，先簡單了解一下單片機的工作原理，即簡單介紹STC89C51的一些特性。 設(shè)計的主要內(nèi)容單片機控制超聲波模塊發(fā)射及檢波接收，其系統(tǒng)原理框圖如圖13所示。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：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。超聲殺菌：殺滅細菌及有機污染物，如：污水處理和除氣等。11．紡織印染行業(yè)：清洗紡織錠子和噴絲板等。7． 半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體晶片的高清潔度清洗。 3．醫(yī)療行業(yè)：醫(yī)療器械的清洗，消毒，殺菌，實驗器皿的清洗等等。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1～5兆赫?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(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。超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠等特點。在我國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會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)。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。8． 科教文化：化學(xué)生物等實驗器皿的清洗和除垢。12．其它：超聲清洗：清除污染物，疏通細小孔洞，如：清潔印章，古董修復(fù)和汽車電噴頭疏通等。超聲粉碎：降低溶質(zhì)顆粒度，如：細胞粉碎和化學(xué)檢測等。接收裝置對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。 圖13 超聲波測距系統(tǒng)框圖先驅(qū)動DS18B20溫度傳感器，測出當前溫度，然后根據(jù)公式換算出當前波速，(Trig引腳)發(fā)一個10US以上的高電平，（Echo引腳）等待高電平輸出。 單片機基礎(chǔ)知識單片微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器(Microcontroller)。單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖21所示。因此，單片機在結(jié)構(gòu)上與微型計算機十分相似，是一種集微型計算機主要功能部件于同一塊芯片上的微型計算機，并由此而得名。圖22 AT89C51單片機管腳圖AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) /INT0(外部中斷0) /INT1(外部中斷1) T0(記時器0外部輸入) T1(記時器1外部輸入) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 超聲波探頭介紹 超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物 位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。反之，如果兩電極間未外加電壓，當金屬片共振板接收到超聲波 時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。單片機利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離，并由單片機控制顯示出來。圖31 時序圖超聲波測距模塊的發(fā)射端在T0時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產(chǎn)生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應(yīng)中斷程序，定時器停止計數(shù)。74HC04的管腳如圖32所示。該信號通過C1高通濾波后經(jīng)LM741放大，最后經(jīng)二極管整形后輸出到單片機中斷口。如此不斷的周期測，就可以達到移動測量的值了。式中T是環(huán)境攝氏溫度，所以溫度每變化1攝氏度，可見溫度對聲速的影響很大，測量時必須進行溫度補償。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。七段LED顯示管比八段LED少一只發(fā)光二極管SP，其他與八段相同。所以本系統(tǒng)采用了兩片74HC573分別作為斷碼和位碼的選通芯片，并用一片10K的排阻提供上拉電流，以達到數(shù)碼管動態(tài)描顯示，電路原理圖如圖36所示。外部中斷子程序計算距離結(jié)果輸出定時器及中斷初始化發(fā)射超聲波開外部中斷指示燈閃爍單片機初始化DS18B20初始化開 始收到回波？ NO YES 圖41 主程序流程圖主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時計數(shù)器模式。 振，計數(shù)器每計一個數(shù)大概就是1μs，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T1中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。void display(uint distance_date){ uchar dm，cm，mm。 dula=0。 wela=0。 delay(2)。 dula=0。 wela=0。 dula=0。 delay(2)。 outeL =TL1。 （2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。（2） 延時確定的時間為15微秒。（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 i=103。 while(i0)i。i++。 dat=DS。}uchar tmpread(void) //read a byte date{ uchar i，j，dat。i++) {j=tmpreadbit()。 uchar j。j++) { testb=datamp。 i++。while(i0)i。 DS=1。 delay(1)。 uchar a，b。 tmpwritebyte(0xbe)。 temp=8。 return temp。 tmpwritebyte(0x33)。在硬件電路的設(shè)計中，分別詳細介紹了發(fā)射電路，接收電路及顯示模塊的設(shè)計方法。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。單片機采用AT89C51或其兼容系列。本設(shè)計所設(shè)計的超聲波測距系統(tǒng)具有測量精度較高、速度快、控制簡單方便等優(yōu)點。但由于經(jīng)驗不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會進一步改進。這些對我今后的學(xué)習(xí)和工