【正文】 關(guān)鍵詞： AT89S51，超聲波，測距 II III 目 錄 第一章 緒論 ............................................................ 1 課題 設(shè)計目的及意義 .............................................. 1 設(shè)計的目的 ................................................. 1 設(shè)計的意義 ................................................. 1 超聲波測距儀的現(xiàn)狀和發(fā)展 ........................................ 1 發(fā)展歷史 ................................................... 1 研究現(xiàn)狀 .................................................. 3 本課題研究的主要內(nèi)容 ............................................ 3 第二章 系統(tǒng)方案論證 .................................................... 4 超聲波測距儀的設(shè)計思路 .......................................... 4 超聲波測距原理 ............................................. 4 超聲波測距儀原理框圖 ....................................... 4 課題設(shè)計的要求 ............................................. 4 超聲波測距方法的選擇 ............................................ 4 超聲波發(fā)生器選擇 ................................................ 6 超聲波接受傳感器 ................................................ 6 顯示單元選擇 .................................................... 6 語音播報電路選擇 ................................................ 7 溫度傳感器的選擇 ................................................ 7 第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................. 9 AT89S51 單片機的功能及特點 ...................................... 9 主要性能參數(shù) ............................................... 9 功能特性概述 ............................................... 9 單片機最小系統(tǒng) ................................................. 10 單片機測距原理 ................................................. 11 超聲波發(fā)射電路 ................................................. 12 超聲波檢測接收電路 ............................................. 13 溫度補償電路 ................................................... 14 顯示單元電路 ................................................... 15 12864 液晶資料 ............................................ 16 12864 液晶 基本特性 ........................................ 16 語音播報電路 ................................................... 17 無線發(fā)射與接收電路 ............................................. 18 無線通信模塊 主要特點 ................................ 18 無線通信模塊 主要技術(shù)指標(biāo) ............................ 19 第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .................................................. 20 超聲波測距儀的算法設(shè)計 ......................................... 20 主程序流程圖 ................................................... 20 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 ........................... 22 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 ............................................. 24 總 結(jié) ................................................................. 25 IV 致 謝 ................................................................. 27 參考文獻(xiàn) .............................................................. 28 附錄一 超聲波測距電路原理圖 ........................................... 30 附錄二 程序清單 ....................................................... 31 1 第一章 緒論 設(shè)計的目的 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣。隨著測距儀的技術(shù)進(jìn) 步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。 中國測試技術(shù)研究所李茂山在《超聲波測距原理及實踐技術(shù)》中詳細(xì)地闡述了超聲波的測距原理，并給出了實現(xiàn)超聲波測 距的具體框圖，并討論了影響超聲波測距精度的幾種原因。中國科學(xué)院上海聲學(xué)實驗室的王潤田在《雙頻超聲波測距》一文中提出了一種雙頻超聲波測距的原理和方法，由于空氣對超聲波的吸收與超聲波的平方成正比，因此，用來測距的超聲波的頻率不能很高，但另一方面頻率越低，波長越長，測長的絕對誤差就越大，測距的范圍加大與測量精度實際上是一對矛盾。 1998 萊卡 迪士通 推出 basic 型 產(chǎn)品 。迪士通 memo 型能存儲 1000 個測量值，實現(xiàn)智能化的測量， pro 型則答應(yīng)應(yīng)用相關(guān)的程序進(jìn)行高精密測量，成為 萊卡 迪士通家族中頂級的手持 激光 產(chǎn)品。 classic3 取代 basic，仍舊沿襲著手持測距技術(shù)世界領(lǐng)先的地位。新一代迪士通成為迪士通發(fā)展歷程上新的里程碑。 classic5 則以輕觸3 式的鍵盤和為方便長距離測量而內(nèi)置的望遠(yuǎn)鏡給人留下深刻印象。這項技術(shù)也可用于工業(yè)測量領(lǐng)域。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。 特殊是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波 信號 中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu) 信息 很輕易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其正確度也較其它方法為高；而且超聲波 傳感器 具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。如果測距精度要求很高，則應(yīng)該通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ? 2) 具有測量距離數(shù)值無線傳輸功能。語音播報要與顯示同步。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負(fù)責(zé)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(dá)到毫米級。本超聲波測距儀的具體工作過程如下， 單片機控制的振蕩源產(chǎn)生 40kHz的頻率信號來驅(qū)動超聲傳感器 。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。 測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 靈敏度 ?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率 40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路 (如圖 23)?？梢宰鲲@示器的有： LED,LCD,CRT 等。 LED 一般適合做大屏幕的顯示設(shè)備，最突出的有點那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如顯色性、對比度等都不如 CRT 顯示器。 WT1380具有多種報警功能，定時器功能，時鐘輸出功能，中斷輸出功能以及語音播報功能。 但是本設(shè)計不要求芯片有 可以計算年、月、日、時、分、秒等信息 的復(fù)雜功能。 WT588D是一款功能強大的可 重復(fù)擦除燒寫的語音單片機芯片。 大家知道，聲音在不 同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補償?shù)膯栴}。 AD590的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。輸出電阻為 710WM。 但是考慮到成本問題 我選用 TS18B20數(shù)字溫度傳感器 。C 至 +125℃ 。176。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS— 51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89S51 單片機可以為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz— 24Hz。 ? 6 個中斷源。 同時， AT89S51 可以降 至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)點工作模式。如圖 32 所示，單片機最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機、外部振蕩電路、復(fù)位電路和 +5V 電源組成。 因此，復(fù)位電路是單片機系統(tǒng)中不可缺少的一部分。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計方法，限于實際需要，本電 路只采用單路超聲波發(fā)射接收。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)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換能器。25mA 功耗 600mW 發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成， 如圖 33 所示， 單片機 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極， 用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz與測距的超聲波頻率 40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。 CX20216A 的引腳注釋 ： 1腳 IN： 超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 3腳 C0： 該腳與 GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 6腳 C： 該腳與 GND之間接入一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值 為 330pF，如果該電容取得 太大，會使探測距離變短。 DS18B20可以直接讀出被測溫度值 ， 而且 采用了一線制與單片機相連 ， 減少了外部的硬件電路 ， 具有低成本和易使用的特點 。 ? 工作電源 ： 3~5V/DC。 ? 適用于 DN15~25， DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備 測溫 。 ? 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。根據(jù)設(shè)計要求，用于顯示測量距離，補償溫16 度以及危險，保持，安全等警告信號。 利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比 ， 不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。可控制的語音地址位能達(dá)到 220個！每個地址位里能加載可組合語音為 128段語音。它 是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊 ,其可設(shè)置眾多的頻道，發(fā)射功率高，而仍然具有較低的功耗 。 具有豐富便潔的軟