【正文】 接收最小靈敏度(dB)最小寬帶(kHz/dB)電容pF發(fā)射接收T/R4018A40177。其中T為發(fā)出端，R為接收端，它們一般是在同一系統(tǒng)中共存。其頻率特性為圖32所示： (a) 聲壓能級(jí)曲線 (b)靈敏度曲線圖32超聲波換能器頻率特性從圖中很容易看出，它的聲壓性能大約在40kHz時(shí)最優(yōu)，靈敏度也同樣。DS18B20是電子元器件中最早的一個(gè)支持“一跟總線”的有三個(gè)接口的測(cè)量和傳遞溫度的傳感器，該優(yōu)點(diǎn)可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟(jì)，占用的體積更小?！。茫校漳K電路的設(shè)計(jì)CPU模塊主要用于控制各子電路的工作,電路原理圖如圖36所示：圖36 CPU模塊電路圖P0、（RXD）、（TXD）用于接串口通信電路，（INT0）、 （INT1）用于接雙比較整形電路的2路輸入信號(hào)?！‰娫措娐返脑O(shè)計(jì)由于該系統(tǒng)需要用到5V的電源，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)如下電路，電路原理圖如圖37所示：圖37 電源電路原理圖該電路主要作用是通過將220V的交流電變?yōu)榉€(wěn)定的5V直流電，用于系統(tǒng)的供電。　發(fā)射電路的設(shè)計(jì)超聲波的發(fā)射器利用主要是利用超聲波發(fā)射探頭的壓電晶體振動(dòng)從而帶動(dòng)周圍空氣振動(dòng)來工作。然后，為了使反射回來的超聲波更加穩(wěn)定，需要設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間增益補(bǔ)償處理?！r(shí)間增益補(bǔ)償（ＴＧＣ）電路超聲波的傳遞一段時(shí)間后的衰減特征，即在空中傳播時(shí)，聲波的強(qiáng)度會(huì)根據(jù)傳出的距離的變大而降低，這是由于多種因素造成。本設(shè)計(jì)加入了有時(shí)間增益處理作用的放大器，這樣一來，距離近的增益小，距離遠(yuǎn)的增益比較大。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出如下電路。數(shù)字電位器的抽頭位置由實(shí)驗(yàn)獲得的與距離對(duì)應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫入程序存儲(chǔ)器中。圖312 時(shí)間增益補(bǔ)償圖　雙比較器整形電路該設(shè)計(jì)有兩個(gè)超聲波探頭，一個(gè)用于接收超聲波信號(hào)，另一個(gè)用于發(fā)射超聲波信號(hào)，由于超聲波的衍射特性，在測(cè)量的距離很近時(shí)，會(huì)有一個(gè)盲區(qū)。 實(shí)物測(cè)距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當(dāng)測(cè)量的距離較近時(shí)，反射信號(hào)的幅值衰減較小，比起衍射產(chǎn)生的波的幅值小很多。第二路進(jìn)到時(shí)間增益補(bǔ)償及放大電路中，用來處理遠(yuǎn)距離（50cm4m）的超聲波信號(hào)。在10攝氏度到+。按順時(shí)針方向，這七個(gè)亮段分別稱為a、b、c、d、e、f、g。共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖316所示：圖316 共陽極和共陽極七段數(shù)碼管示意圖LED顯示不同數(shù)字的方式如圖317所示：圖317數(shù)碼管數(shù)字顯示圖從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn),若要求顯示數(shù)字“1”，需要讓b、c兩個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若要求顯示數(shù)字“5”，需要讓a、f、g、c、d五個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。這樣做的好處是不會(huì)長時(shí)間占用CPU資源，而且更加容易控制，但對(duì)硬件的要求會(huì)更高。結(jié)合實(shí)際考慮，本設(shè)計(jì)中選用了動(dòng)態(tài)顯示的方式。另外，它還具有雙向三態(tài)功能，可以同時(shí)輸出和輸入數(shù)據(jù)。 DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸，即芯片為發(fā)送作用。通信方式有兩種，第一是并行通信，第二是串行通信，同樣地，這兩種通信方式各有其有點(diǎn)和缺點(diǎn)。串行通信的優(yōu)點(diǎn)：用到的傳輸線少，長距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來便宜很多。在通訊系統(tǒng)中，上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）為主機(jī)，下位機(jī)（單片機(jī)）為從機(jī)。MAX202芯片的作用：把單片機(jī)輸出的TTL電平變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的232電平，也能將計(jì)算機(jī)發(fā)出的232電平變成單片機(jī)可以識(shí)別的TTL電平。單片機(jī)到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送過程為：單片機(jī)TXD數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)光電耦合器發(fā)送至MAX202芯片的T1I口，MAX芯片將信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可接收的信號(hào)再通過T1O口輸出給計(jì)算機(jī)的RS232串口進(jìn)入計(jì)算機(jī)。接著產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)。初始化包括時(shí)鐘的設(shè)置，看門狗電路，各個(gè)輸入/輸出口的功能分配，定時(shí)、中斷的設(shè)置以及其他外圍電路的初始化。unsigned int time=0。bit redflag=0。void init_DS18B20(void)。void delay1(uchar x)。這樣一來，系統(tǒng)測(cè)距時(shí)就不用逐次計(jì)算聲速，而可由測(cè)得的溫度值直接從表中查到相應(yīng)的溫度下的目標(biāo)速度，就能省下很大一部分時(shí)間，使得系統(tǒng)效率更高。delay(8)。dealy(8)。i8。 delay(4)。}}uchar read_byte(void) //DS18B20寫入一個(gè)字節(jié)函數(shù){ uchar i,value。 value=1。}return(value)。 delay(300)。 a=read_byte()。0xf0)4。單片機(jī)發(fā)射出40kHz方波的同時(shí)打開定時(shí)器，當(dāng)超聲波接收到回波信號(hào)后，立即利用中斷關(guān)閉定時(shí)器，從而獲取到測(cè)距所需的時(shí)間值，然后通過計(jì)算的出測(cè)量結(jié)果。具體程序如下：{ time=TH0*256+TL0。delay(10)。 flag=0。 //顯示“”}else{ disbuff[0]=S%1000/100。}　顯示子程序顯示電路采用動(dòng)態(tài)顯示的驅(qū)動(dòng)方式，段選信號(hào)AT89C52的P0口輸出。0x7f。delay1(5)。表43是MAX5161的真值表。最普遍的對(duì)反射波信號(hào)的處理辦法是采用比較器電路，給比較器設(shè)置一個(gè)固定的臨界值，當(dāng)比較器翻轉(zhuǎn)之時(shí)即反射波到達(dá)的時(shí)刻。根據(jù)理論和實(shí)際的研究結(jié)果來看，單單靠時(shí)間增益補(bǔ)償電路并不能完美的解決該問題。經(jīng)過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道方波信號(hào)的占空比會(huì)有一個(gè)上升到一個(gè)峰值然后下降的過程，相應(yīng)的占空比最大的那一刻就是峰值點(diǎn)所在的區(qū)間，而此區(qū)間的正中間就是峰值時(shí)間點(diǎn)的所在。進(jìn)行對(duì)比則能發(fā)現(xiàn)最大占空比，接著看該占空比的中間點(diǎn)所在的時(shí)間點(diǎn)，該時(shí)間即為峰值到達(dá)的時(shí)間點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是基于AT89C52單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)，為了提高該系統(tǒng)的測(cè)量精度，采用的方法有以下幾方面：首先針對(duì)穩(wěn)定性來說，需要從硬件設(shè)計(jì)和軟件濾波這兩個(gè)切入點(diǎn)進(jìn)行。其次考慮到如何降低盲區(qū)，本設(shè)計(jì)中，超聲波的發(fā)射和接收選用不同的換能器來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了補(bǔ)償因?yàn)榫嚯x推移造成的反射波幅值的降低，專門設(shè)計(jì)了時(shí)間增益補(bǔ)償電路(TGC)，時(shí)間增益補(bǔ)償電路在發(fā)射方波的同時(shí)開始工作，工作過程是根據(jù)事先寫入Flash中的增益表，逐漸提高接入放大器的阻值，實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，增益表有事先的試驗(yàn)獲取。但是，本設(shè)計(jì)仍舊存在許多的不足，該系統(tǒng)在量程（3厘米到4米）的范圍之內(nèi)的工作完成的不錯(cuò)，滿足了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的基本要求，達(dá)到了本課題的任務(wù)。若有條件，更應(yīng)該從改進(jìn)超聲波傳感器，設(shè)計(jì)新型高性能超聲波傳感器入手，對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件進(jìn)行性能大幅度的改進(jìn)。其傳輸距離在普遍的情況下不超過15米，即使線路質(zhì)量很好，最遠(yuǎn)也就幾十米的距離。它的抗干擾力也不強(qiáng)，RS232是通過單端輸入輸出來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，傳輸時(shí)會(huì)有干擾和噪聲。對(duì)于系統(tǒng)的校正,可以用實(shí)際距離和測(cè)量距離進(jìn)行對(duì)比,即可知道系統(tǒng)測(cè)距的準(zhǔn)確度?？紤]到這些衰減，我們需要設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的電路或軟件算法，以此降低或者補(bǔ)償這些衰減，使得測(cè)距系統(tǒng)的精確度又向前邁進(jìn)一步。所以，我們很有必要加大力度研究，生產(chǎn)出自己的高精度測(cè)距儀器，使我國的測(cè)距儀器達(dá)到世界先進(jìn)的水平，不僅僅能滿足本國的技術(shù)需求，更理想的狀態(tài)是走向世界。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我通過圖書館和Internet查閱了相關(guān)的資料，并且和同學(xué)互相學(xué)習(xí)和自學(xué)，不懂的地方就像老師請(qǐng)教，經(jīng)過2個(gè)多月的努力，終于克服困難完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢設(shè)完成了，大學(xué)就快結(jié)束了，帶著他們對(duì)我的幫助，帶著我對(duì)他們的謝意，我將步入社會(huì)，我也會(huì)像他們一樣幫助更多的人。雖然自己的設(shè)計(jì)仍然存在許多需要改進(jìn)的地方，但是在做畢設(shè)的過程中收獲到很多書本上學(xué)不到的知識(shí)。綜上，該選題是一個(gè)非常有意義，也非常有難度和挑戰(zhàn)性的一項(xiàng)研究課題，在未來的道路上，我們需要不斷探索，不斷學(xué)習(xí)，不斷研究，才能達(dá)到更大的進(jìn)步。我們也知道，我國大多數(shù)的高精度測(cè)距儀器都需要靠國外進(jìn)口，作為一個(gè)工業(yè)大國，我們需要用到大量的儀器設(shè)備，而儀器的精度在很大程度上也決定著工業(yè)的發(fā)達(dá)程度。傳播的過程中聲波會(huì)和空氣等產(chǎn)生一定的摩擦，由于摩擦生熱的原理，一些聲音的能量會(huì)由于摩擦的作用轉(zhuǎn)變成熱能，這就造成了另外一種不可避免的衰減。為了配合工業(yè)領(lǐng)域的使用，輸出口應(yīng)該增加一個(gè)模擬信號(hào)4到20毫安且0到5伏的輸出，而且還需要將整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)工作做得更好一點(diǎn)。還伴隨著電平的偏移，為了滿足其總線標(biāo)準(zhǔn)，收發(fā)雙方的設(shè)備需要共地。另外，就通信電路來說，本設(shè)計(jì)提供的輸出接口是RS232。但最大的問題是:量程相對(duì)較短，不能夠完成4米以外的距離的測(cè)量，這在很大程度上制約這該測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)展。在測(cè)距系統(tǒng)工作時(shí)，按照時(shí)間的改變來控制電位器阻值的改變，達(dá)到補(bǔ)償反射波信號(hào)幅值的作用，為系統(tǒng)的高精度做出保障。通過對(duì)兩個(gè)比較器設(shè)置不同臨界值的方法，使測(cè)距大小分為遠(yuǎn)距離和近距離兩種不同電路進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。且在3厘米到4米的量程下，能保證系統(tǒng)正常使用，達(dá)到高精度測(cè)距的目的。５　結(jié)論本設(shè)計(jì)的成敗取決于超聲波一來一回所使用的時(shí)間的測(cè)量的準(zhǔn)確度。AT89C52單片機(jī)獲取到超聲波回波信號(hào)的上升沿和下降沿，從而計(jì)算出回波信號(hào)的占空比?；谶@個(gè)理論，有研究者提出一種包絡(luò)檢測(cè)的測(cè)距方法，通過包絡(luò)檢測(cè)來獲取反射波信號(hào)的包絡(luò)曲線，使用過零檢測(cè)法檢測(cè)到峰值時(shí)間點(diǎn)，以此確定回波到達(dá)的時(shí)刻。根據(jù)以上結(jié)論，我們只是采用普通的比較器來處理信號(hào)并不能準(zhǔn)確地判斷反射波前沿到達(dá)的確切時(shí)間?！⊥ㄓ嶋娐纷映绦虺绦蛄鞒讨饕?，初始化編程，約定數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式等。MAX5161芯片是一個(gè)具有32抽頭的數(shù)字電位器，它可以通過單片機(jī)連接引腳Inc和V/D，從而使抽頭位置改變，達(dá)到電阻大小相應(yīng)變化的目的。}P2=positon[posit]。當(dāng)系統(tǒng)主程序最終計(jì)算出距離后，將所得的這個(gè)距離以BCD編碼的形式傳遞給LED，然后再由7