【正文】 人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分。 整個電路采用模塊化設(shè)計，由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。 關(guān)鍵詞： AT89c52 超聲波 測距 II The design of ultrasonic wave range finder Abstract With the development of science and technology, the improvement of people39。它也有自已的特性，如它的頻率可以非常高，達到兆赫級，因此，它在介質(zhì)中傳播時能量可以集中在很小的范圍內(nèi)，具有良好的成束性，也就是方向性好。因此，當(dāng)壓電效應(yīng)和磁致現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后并沒有應(yīng)用于制造有效的超聲設(shè)備。 在我國，超聲學(xué)的研 究開始于二十世紀(jì)五十年代， 1959 年至 1964 年間我國建立了分子聲學(xué)實驗室，對馳豫吸收、懸浮體的聲吸收等問題進行了深入的研究，設(shè)計生產(chǎn)了固體中超聲衰減的測量設(shè)備，對粘彈性和可壓縮流體的聲速和衰 2 i減的研究取得了令人興奮的成果。在應(yīng)用方面， 8 超和 A 超醫(yī)療探頭開始投入生產(chǎn)和醫(yī)療應(yīng)用。 向在線自動 檢測和儀器的智能化發(fā)展，其中非接觸超聲測試技術(shù)取得突破進展 。在高分辨率探傷、微小厚度測量、高精度 Mail 距中，這一點 相當(dāng)重要。 幾種測距方法介紹 除超聲波測距外，目前被廣泛使用的還有核輻射測距、微波測距、光學(xué)測距等，下 面對這幾種測距方法進行介紹。這些特點使得輻射式測距計適合于特殊場合或惡劣環(huán)境下的液位測量，如高溫、高壓、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、易結(jié)晶、沸騰狀態(tài)介質(zhì)、高溫熔融體等的液位測量。在傳輸過程中受到粉塵、煙霧、火焰及強光的影響小，具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力。 C. 光學(xué)測量法 激光用于液位測量，克服了普通光亮度差、方向性差、傳輸距離近、單色性差、易受干擾等缺點，使測量精度大為提高。根據(jù)其傳播速度和傳播時間計算出其傳播距離，得到傳感器到物體的距離。 (2).對設(shè)計的電路進行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收 ，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： 2/CTD? 原理框圖如 21 所示： 圖 21 采用單片機來控制的超聲波測距儀 Fig21 Singlechip to control the ultrasonic range finder 設(shè)計方案二： 采用 CPLD 來控制的超聲波測距儀 采用 CPLD 來控制的超聲波測距儀 ，主要是在軟件 上 運用 VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）編寫程序使用 MAX+plus II 軟件進行軟硬件設(shè)計的仿真和調(diào)試，最終實現(xiàn)測距功能。開始測量 超聲波信號 開定時器 關(guān)定時器 數(shù)據(jù)運算 顯示器 接收檢測 電聲換能器 電聲換能器 驅(qū)動電路 6 缺點是 方案中需要一塊 FPGA,一塊雙口 RAM,還需要一塊用來存儲波形數(shù)據(jù)的 EEPROM，那么設(shè)計的成本較高。具體方案如下：首先通過頻率合成 技術(shù)產(chǎn)生超聲波所需要的頻率，在通過信號線將采用鎖頻率相合成技術(shù)得到的頻率引到超聲波的發(fā)射頭上，這樣就可以實現(xiàn)超聲波測距。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度 7 下的聲速。 圖 23 超聲波測距儀原理 框圖 Fig 23 Block diagram of ultrasonic range finder 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 在前一章介紹的數(shù)字錄音原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際的情況和需要，從系統(tǒng)的任務(wù)和要求入手，開始對系統(tǒng)進行總體設(shè)計。接收電路使用三極管組成的放大電路，電路簡單。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED 數(shù)碼管， 段碼輸出端口為單片機的 P0 口 ， 位碼輸出端口分別為單片機的、 、 口 ,數(shù)碼管 位 驅(qū)運 用 PNP 三極管 8850 三極管 驅(qū)動。 發(fā)射傳感器觸發(fā) 由于傳感器的中心頻率是 40KHZ，本系統(tǒng)采用的是高精度的 12MHZ 晶振，方波的周期為 1/40ms，即 25181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。 發(fā)射傳感器驅(qū)動 超聲波發(fā)送部份為了簡化電路 ,沒加設(shè)置專門的超聲波驅(qū)動電路 ,而是用單片機的 引腳輸出端加了一個上拉電阻后，從而增加驅(qū)動電流，就直接驅(qū)動超聲波發(fā)送頭。超聲波的聲壓和聲強均隨至聲源的距離的增加而減弱。 超聲波的衰減有兩種表示方法。 接收信號處理 由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要對其進行放大。這里使用的 是 I N 4148檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。 數(shù)碼管驅(qū)動 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由 7 個發(fā)光二極管組成 ,行成一個日字形 ,它門可以共陰極 ,也可以共陽極，通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字 ,這就是它的工作原理。 共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。 共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。 （ 1） 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃“ a, b, c, d, e, f, g, dp“的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同 13 的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。可以看出 共陽，共陰數(shù)碼管 兩個編碼的各位正好相反?！?，這樣 各 位數(shù)碼管都不會選中，然后下一位再顯示時就不會有影響了，這就是所謂 的消 “影 ”。當(dāng)鎖存使能變低時，符合建立時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存 。 測 試 距 離 = （ 高 電 平 * 聲速（ 340M/S)/2. 圖 36 模塊實物圖 Fig36 Module physical map 16 圖 37 超聲波時序圖 Fig37 Ultrasound timing diagram 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。軟件開發(fā)工作由單片機控制軟件來實現(xiàn)。 sfr P1M1 = 0X91。 //*********************************************** sbit Trig = P1^0。//數(shù)碼管 09 uint distance[4]。 void delay_20us()。 CLK_DIV=0X03。 P0M0 = 0XFF。 flag=0。 //定時器 0，定時器 1， 16位工作方式 TR0=1。 //打開定時器 1中斷 EX0=0。 delay_20us()。 //清 測量成功標(biāo)志 EX0=1。 // TR1=1。 //關(guān)閉定時器 1 EX0=0。//與低 8位合并成為 16位結(jié)果數(shù)據(jù) distance_data*=12。 //測試燈變化 } /// distance[i]=distance_data。 /// distance_data=distance[1]。 if(CONT_1=3) { CONT_1=0。 /// } } } //*************************************************************** //外部中斷 0，用做判斷回波電平 23 INTO_() interrupt 0 // 外部中斷是 0號 { outeH =TH1。 //關(guān)閉外部中斷 } //**************************************************************** //定時器 0中斷 ,用做顯示 timer0() interrupt 1 // 定時器 0中斷是 1號 { TH0=0xfd。flag++。flag++。flag=0。 } 24 */ //****************************************************************** //顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 void conversion(uint temp_data) { uchar ge_data,shi_data,bai_data 。 temp_data=temp_data%10。 ge_data =SEG7[ge_data]。 ge = ge_data 。bt100。distance[0]=distance[1]。distance[0]=t。} /*交換 值 } */ 5 PCB 板的制作 PCB 簡介 印制電路板 (Printed Circuit Board. PCB)亦稱為印制板，是電子產(chǎn)品中的基本部件，幾乎出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備中。 PCB 板的原始物料是覆銅基板，簡稱基板，也稱為覆銅板。通常是通過對基板進行蝕刻來制作所需的 PCB 的。阻焊油起著防止波峰焊時產(chǎn)生橋接現(xiàn)象、提高焊接質(zhì)量和節(jié)約焊料等的作用，同時也成為印制板的永久性保護層 .起到防潮、防腐蝕、防霉和機械擦傷等作用。圖 51 和圖 52 分別是雙面板和六層板的示意圖。 圖 51 雙面板示意圖 圖 52 六層版示意圖 Fig51 Doublesided diagram Fig52 Sixstory version of the diagram 對于 PCB 來說，每一層都是由導(dǎo)線、過孔 (VIA)和焊盤 (PAD)組成的。當(dāng)然， PCB 板上 也會有一些不導(dǎo)通孔 (None Plating hole. NPT)，主要是固定板卡的機械孔等，其特點是孔壁無銅。網(wǎng)絡(luò)表可以從原理中生成，也可以從印制電路板中獲取。 （ 4）生成印制電路板報表并送生成廠家加工 設(shè)計印制電路板后，還需要生成印制電路板的有關(guān)報表，并打印印制電路板圖，最后送電路板 廠家加工生產(chǎn)，這樣印制電路板的設(shè)計就告一段落。 通過 LT1011 的數(shù)據(jù)手冊可得到其管腳分布及定義 (見圖 53)，執(zhí)行 Tools | New Component 生成庫中新元器件，在 New Component Name 對話框中命名為LT1011，執(zhí)行 Place | Line 繪制出如圖 54 的圖形，執(zhí)行 Place | Pins 放置芯片的 8個管腳 (圖 55)，用鼠標(biāo)雙擊所要編輯的元器件引腳的屬性，在引腳屬 性對話框中分別對 Display Name、 Designator 和 Electrical Type 進行設(shè)置，其中管腳名不要選擇 Visible。保存庫文件回到工程中的原理圖中，在 Libraries 控制面板中選擇 ，可以看到元器件 LT1011，將其放入原理圖中，接下來進行元器件的位置調(diào)整和布線。 在放置完元器件和電源后，就對電路進行連線。執(zhí)行命令 Place | Junction 可啟動放置節(jié)點操作，這時鼠標(biāo)將會變成十字光標(biāo)，將光標(biāo)移動到所要放置節(jié)點處，單擊鼠標(biāo)左鍵即可。 （ 3） 絲印層 (Silkscreen): 包括頂層絲印層 (Top overlay)和底層絲印層 Bottom overlay)。 （ 5） 阻焊層 (Solder Mask): 包括頂層阻焊 (Top solder)和底層阻焊層 (Bottom solder)，其作用與焊膏層相反，指的是要蓋綠油的層。 （ 8） 鉆孔層 (Drill Layer):