【正文】 展到具有創(chuàng)造力。但 是對于 目前的 發(fā)展速度 來說，人們可以 利用的 測距技術還十分有限 。 因此，這是一個正在迅速 發(fā)展而又有無限前景的技術及產(chǎn)業(yè)領域。在 不久的將來 ，面貌一新的測距 系統(tǒng) 將 對人類更加有益的方向發(fā)展 。城市污水給人們 的生活環(huán)境 帶來了困擾 。因此，設計的超聲波測距 系統(tǒng) 就顯得非常重要了。 因此，人為因素對 測量 的結果影響較大， 并且 波形也不 容 易 被 記錄和保存，不適宜完成自動化檢測。完成這種功能的 器件 就是超聲波傳感器， 也就是習慣上叫的 超聲波 成為超聲波檢測的發(fā)展方向。進一步要求以后生產(chǎn)的超聲測距 系統(tǒng) 能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機的微處理功能。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進行后處理及有關程序的開發(fā)。這項技術也 頻繁被 用于工業(yè)測量領域。 隨著自動測量和微機技術的發(fā)展，超聲波測距的理論已經(jīng) 日漸 成熟，超聲波測距 技術 也 更加 廣泛 的被運用到各行各業(yè) 。 因此在機械手控制、液位測量、物體識別、車輛自動導航等方面有廣泛應用。超聲波傳感器 分為 發(fā)送器和接收器 兩種用途 ，一個超聲波傳感器就可以充當發(fā)送和接受的雙重作用 。 本次 設計 我 利用 了 51 單片機系統(tǒng)的 I/O 口，發(fā)出 40MHZ 的超聲波，反射回來的超聲波信號，經(jīng)過放大和整形電路進入 到 單片機 中 ，比較調試后 計算 其對應的距離，完成測距。 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 2 總體方案設計 方案比較 方案一 雷達測距 系統(tǒng) LFMCW 雷達的工作原理 可以根據(jù)鋸齒波調制為例來介紹，在理論上我們對其基于的“差拍 傅立葉”結構進行了的分析和仿真。激光測距的方法主要有 以下幾種 ：三角測量法、脈沖法、反饋法測距、相位法、縱模拍頻測距法、干涉法測距， 從測量范圍和技術成熟度方面考慮，相位法和脈沖法可以優(yōu)先選擇 。 超聲波是指頻率在 20kHz 以上的聲波，它 是 屬于機械波 的一類 。其中脈沖回波法 是 最為常用的 ，它主要 是對 超聲測距 中 回波信號的識別 與處理 ，采用模擬方法，用電路來實現(xiàn) 一系列信號傳輸 。測距原理如圖 所示。 在常溫下 ， 超聲波的傳播速度為 340m/s， 但其傳播速度 v 易受到空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響 ， 其中溫度的影響最大。 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 7 頁 方案論證 方案選擇 方案一采用了 線性調頻連續(xù)波雷達 (LFMCW)， LFMCW 雷達是通過對連續(xù)波進行頻率調制 而得到距離和速度信息的，采用 LFMCW 技術，可以在無接觸情況下對被測物的距離及速度進行測量。激光測距技術是基于對光波在本機與目標間渡越時間的計量而感知目標距離的方法，屬于 “時基法 ”測距的范疇。 無線測距指用無線電測量載機與某個目標或反射面之間的信號傳播延遲、頻率、相位差來測定兩點之間直線距離的方法。 激光測距具有高亮度、高單色性、高方向性、測量速度快等優(yōu)勢，尤其 在 雨霧 天氣下 有一定的穿 透能力，抗干擾能力強，但其成本高、數(shù)據(jù)處理復雜。 圖 單片機最小系統(tǒng)原理框 圖 主 機 控制 電路 即為一個 51 系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)，在此單片機選擇了 Atmel 公司的 AT89S52，主 機 控制電路如圖 所示。因此， 51 單片機最小系統(tǒng)的功能主要如下：單片機能夠運行用戶程序、用戶可以復位單片機、具有相對強大的外部擴展功能。 接測量按鍵。 （ 4） AT89S52 支持 ISP（在線編程），不需要把單片機從電路板取下來就可以擦寫程序。 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 單片機在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖 就可以 實現(xiàn)復位，上電復位和按鈕組合的復位電路如 圖 所示 ： 圖 復位電路 當按鈕 S1 被按下 時， 已經(jīng)充滿電的 電容 C1 通過 R1 迅速放電， 等到 S1 彈起后， 電容 C1 再次充電，實現(xiàn)手動復位。只要該脈沖足夠寬就可以實現(xiàn)復位，即20??RC? ms。電路原理如下： 按下按鍵后， 顯示為低電平，程序檢測 為低電平時開始執(zhí)行距離測量程序，當松開按鍵后， 為高電平。電路如圖 所示 。 (2)第二腳 VCC： +5V 電源。 (5)第五腳 RW:讀寫信號線。 (9)第十六腳 BLK:背光電源負極輸入端。 其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點，這里使用 YB1602 液晶屏， 1602 顯示模塊用點陣圖形顯示字符，顯示模式分為 2 行 16個字符。 物理學告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為： C=+*T，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關系，即溫度每增加 1176。 C，溫度輸出以 16 位符號擴 展的二進制數(shù)形式提供，低位在先，以 176。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是 1 （ GND）、 2（輸入 /輸出）、 3（ VDD）。超聲波探頭將電信號轉換為機械波發(fā)射出去，而單片機所產(chǎn)生的 40 kHz 的方波脈沖需要進行放大才能將超聲波探頭驅動 將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅動實際上就是一個信號的放大電路，本設計選用74LS04 芯片進行信號放大，超聲波發(fā)射電路如圖 。 基本工作原理： （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號； （ 2） 模塊自動發(fā)送 8個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； （ 3） 有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。 CX20xx6A 芯片的前置放大器具有自動增益控制的功能，當測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當測量距離比較遠時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 16 頁 圖 HRSR04 超聲波集成模塊正反面外觀圖 我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我 我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我 我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我 我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我我 電源電路 本設計是要設計一個 +5V 直流電源供電，這里沒有直接的 +5V 電壓，而直流電源的輸入電壓為 220V 的電網(wǎng)電壓，在正常情況下，這一電網(wǎng)電壓是遠遠的高于本設計所需的電壓值，因而需要先使用變壓器，將 220V 的電網(wǎng)電壓降低后，再進行下一階段的處理。此模塊的測距范圍為 2 cm～ 5 m，能基本滿足測距要求，而且其精度可以達到 cm，盲區(qū)僅僅為 2 cm，完全可以能夠滿足本設計的測距要求，而且測距也比較穩(wěn)定。 一有輸出就可以開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，就能夠算出距離。 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 17 頁 圖 電源電路 此 +5V 電源設計分為變壓器部分、單相橋式整流電路和濾波電路構成。 三段穩(wěn)壓器 7805將會輸出穩(wěn)定的 +5V 直流電壓。反之，如果由超聲波機械振動作用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。本測量電路采用第二種方案。因為超聲波在標準空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負責計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫米級。下面 我們拿 長沙太陽人電子有限公司的 1602字符型液晶顯示器為例，介紹 它的 用法。 （ 2） 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更 加簡單可靠，操作更加方便。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H—— 00FH 的 16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（ 000H） =FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8個點；當（ 3FFH）=FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H）=00H，??（ 00EH） =00H，（ 00FH） =00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8段亮線和 8 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 21 頁 條暗線組成的虛 線。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 (3)第 3腳： VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 (6)第 6腳： E端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 1602LCD 的指令說明及時序 ： 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器 總 共有 11條控制指令，如表 所示： 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 西華大學畢業(yè)設計說明書 第 23 頁 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存