【正文】 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括單片機(jī)基本擴(kuò)展、外圍電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等內(nèi)容。超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試?yán)щy，可擴(kuò)展性差，所以基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測試 1) 實(shí)驗(yàn)檢查； 2) 測試數(shù)據(jù)。因此，我國對超聲波的研究特別活躍。 超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波 ——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波 ——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波；表面波 ——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間。 超聲波的物理性質(zhì)當(dāng)超聲波傳播到兩種特性不同的介質(zhì)的平面上時(shí)，一部分被反射；另一部分透射過界面，在相鄰的介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。若以兩個(gè)頻率相同，振幅和波程不等，波程差為 d 的兩個(gè)波干涉為例。超聲波引起質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動(dòng)的頻率的平方成正比的質(zhì)點(diǎn)的加速度卻很大。 超聲波傳感器超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電陶瓷晶片制成，具有可逆特性。超聲測距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離；② 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t，故被測距離為 S=1／2vt。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)9第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì) 方案論證與比較單片機(jī)采用 Atmel 公司的 AT89S52，而超聲波發(fā)射和接收電路有多種，常用的電路如下： 超聲波發(fā)射電路(1) 分立元件構(gòu)成的發(fā)射電路圖 31 分立元件構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路圖 31 是由兩只普通低頻小功率三極管 C9013 構(gòu)成的振蕩、驅(qū)動(dòng)電路，三極管 TT2 構(gòu)成兩級(jí)放大器，但是由于超聲波發(fā)射頭的正反饋?zhàn)饔?，這個(gè)原本是放大器的電路變成了振蕩器。該電路應(yīng)使用雙極型 555（內(nèi)部電路由普通三極管構(gòu)成），不宜使用單極型 7555（內(nèi)部電路由CMOS 電路構(gòu)成，外部引腳與 555 相同），其原因是 7555 帶負(fù)載能力小。 圖 33 由非門構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路(1)由分立元件構(gòu)成的接收電路圖 34 為由三極管 T1,T2 和若干電阻電容組成的兩級(jí)阻容耦合交流放大電路。3）反相端對地不提供直流通路，因此通過隔直電容提供直流通路。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路本次我們采用了 Atmel 公司的 AT89S52,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下：(1) AT89S52 系列單片機(jī)以 8051 為內(nèi)核，兼容 MCS51 系列單片機(jī)。(5) AT89S52 晶振頻率高達(dá) 24M，運(yùn)行速度更快。 接測量按鍵。淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14 時(shí)鐘電路當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的 XATL1 和 XATL2 用來接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇 3M~24M，電容選擇 30pF 左右。 蜂鳴器電路本次設(shè)計(jì)通過一只蜂鳴器來提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開始了測距。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流為 100mA 以上的驅(qū)動(dòng)電路。 超聲波接收電路超聲波接收包括接收探頭，信號(hào)放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭相同的型號(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16圖 311 CX20226 內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用 CX20226A 集成電路對接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。4 腳：接地端。7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。C，超聲波速度約第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)17增加 ，本次我們考慮溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確，溫度的采集通常使用 DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如下圖所示。C/LSB 形式表達(dá)。 LCD 顯示電路本設(shè)計(jì)采用 LCD 液晶顯示屏顯示。第三腳 VO：對比度調(diào)整端。第六腳 E：使能端，當(dāng) E 由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)執(zhí)行命令。圖 312 LCD 顯示電路淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文18 電源電路 電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設(shè)計(jì)中需要用穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805 來獲得穩(wěn)定的+5V 直流電壓，LM7805 引腳排列和典型應(yīng)用如下圖：圖 313 LM7805 引腳和典型應(yīng)用表 LM7085 電氣參數(shù)： 第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)19本設(shè)計(jì)電源電路如下： 圖 314 電源電路輸入電壓（21V）經(jīng)過 7805 的穩(wěn)壓輸出+5V 的電壓，圖中的 IN4007 為保護(hù) 7805，防止電源極性接反損壞 7805，濾波電容采用 100uF 電解和 104 瓷片電容并聯(lián)使用，電磁兼容的實(shí)踐證明，兩個(gè)差 100 倍的電容并聯(lián)使用效果很好。置位總中斷允許位 EA。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0 進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約 2ms時(shí)間（這也就是超聲波測距儀會(huì)有一個(gè)最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對單片機(jī) 腳的電平判斷程序。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LCD顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。另外本次制作樣機(jī)采用了兩套電源系統(tǒng)，所以他們之間的信號(hào)傳遞使用了光電隔離，采用的器件是 4N35，4N35 會(huì)有一個(gè)延時(shí)，4N35 大概為 4 左右，我們使用了兩S?個(gè)，所以還應(yīng)該算上 8 的時(shí)延。同時(shí)給芯片一些濾波電容或者將 CX20226 屏蔽起來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。所以在編寫程序的時(shí)候一定要考慮到各種可能的情況。最后通過、硬件和軟件的結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)對超聲波測距的功能，并且通過軟件的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了較高的精準(zhǔn)程度。 展望利用 52 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的測距儀便于操作、讀數(shù)直觀。③測量時(shí)在超聲波測距儀周圍沒有其他可反射超聲波的物體。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間，測得的距離有誤差，在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中可忽略不計(jì)；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測距等方面，此誤差不能忽略，可以通過改變一些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中加入測距軟件補(bǔ)償?shù)拇a，使誤差進(jìn)一步減小，可以滿足更高要求。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!特別感謝我的師兄武中杰以及師姐丁麗娜、陳慧對我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持和關(guān)心!還要感謝一直關(guān)心幫助我成長的室友劉柳柳、苗文英、田潔王慧萍、梁丹丹等！在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!第六章 總結(jié)與展望29淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文30參考文獻(xiàn)[1] 張毅剛:基于超聲波的實(shí)例應(yīng)用,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，[2] 樓然苗、李光飛:51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，北京航空航天大學(xué)出版社，[3] 孔雅瓊:基于單片機(jī)的超聲波測距儀研究與開發(fā)，國防科技大學(xué)出版社，[4] 陳螢:基于單片機(jī)的超聲測距系統(tǒng)，華中科技大學(xué)出版社，2022. 7[5] 王巧芝:51 單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用從入門到精通，中國鐵道出版社，[6] 永學(xué):串口通信技術(shù)實(shí)例，北京航空航天大學(xué)出版社 [7] 白順先:超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J],機(jī)械工業(yè)出版社，,[8] 何希才:傳感器及其應(yīng)用實(shí)例，機(jī)械工業(yè)出版社 [9] 何小海、劉嘉勇:微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)，四川大學(xué)出版社，[10] 宋永東、周美麗、白宗文:高精度超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)代電子技術(shù)出版社， 參考文獻(xiàn)31袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃