【正文】 Keil uVision2軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。匯編語(yǔ)言由于是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，與具體的計(jì)算機(jī)硬件有著密切的關(guān)系，因此，可移植性差。而C語(yǔ)言是一種編譯型的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。在C語(yǔ)言的可讀性方面更容易借鑒前人的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高程序的開(kāi)發(fā)水平。 軟件系統(tǒng)流程介紹超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖31所示。 WriteAddress(p)。 delay(1)。本部分包括延時(shí)若干微秒程序delay1(uint z)，DS18B20初始化程序DS18B20_Init()，DS18B20讀命令程序read_bey()，DS18B20寫(xiě)命令程序write_bey(uchar det)，讀出溫度程序temperature()，溫度處理程序get_temp()和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序TempConvert(long int tep)。 write_bey(0xcc)。 temp1=h。 temp1=t_temp*10+。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。包括運(yùn)行程序void yunxing()和HCSR04數(shù)據(jù)處理程序:void DistanceConvert(long int dat)。j++) //測(cè)量10次 { Tx=1。NOP()。 //計(jì)算距離 zonghe+=distance。 //重置定時(shí)器 TL0=0。 TMOD=0x19。 IT0=1。 //利用超聲波測(cè)量距離 DistanceConvert(distance)。 //設(shè)置顯示屏下行顯示距離 }} 本章小結(jié)本章主要對(duì)超聲波測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖41所示。如圖所示，℃。表42 20cm～500cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測(cè)量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對(duì)誤差（cm）相對(duì)誤差（%）第一次第二次第三次平均值續(xù)表42 20cm～500cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測(cè)量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對(duì)誤差（cm）相對(duì)誤差（%）第一次第二次第三次平均值當(dāng)測(cè)量結(jié)果在500cm～540cm之間時(shí)，液晶屏不穩(wěn)定，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。之后系統(tǒng)相對(duì)誤差隨測(cè)量距離的增加而減小，當(dāng)測(cè)量距離接近20cm時(shí)系統(tǒng)相對(duì)誤差保持穩(wěn)定。圖44 20cm～500cm時(shí)測(cè)量值實(shí)際值坐標(biāo)圖 for(j=0。NOP()。 //發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷 v=*temp1+。 //求測(cè)量10次距離的平均值}經(jīng)過(guò)線性誤差修正后，重新對(duì)20cm～500cm距離之內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表43所示。問(wèn)題主要原因在于超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離不能保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)量距離，導(dǎo)致θ值偏大，由式（24）可知，此時(shí)使用式（25）會(huì)產(chǎn)生極大誤差。引起超聲波衰減的主要原因有以下三方面：超聲波在傳播過(guò)程中，由于聲束的擴(kuò)散能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨傳播距離的增加而減弱，超聲波的聲壓和聲強(qiáng)均隨至聲源的距離的增加而減弱；當(dāng)聲波要傳播過(guò)程中遇到由不同聲阻抗介質(zhì)所組成的界面時(shí)，就將產(chǎn)生散亂反射，從而損耗了聲波的能量，被散射的超聲波在介質(zhì)中沿著復(fù)雜的路徑傳播下去，最終變?yōu)闊崮?，聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的粘滯性造成近質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦從而使一部分聲能轉(zhuǎn)化熱能；同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。再次，超聲波回波聲強(qiáng)與待測(cè)距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，所以實(shí)際測(cè)量時(shí)，不一定是第一個(gè)回波的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)。 測(cè)量距離不夠遠(yuǎn)本次測(cè)量單片機(jī)所帶定時(shí)器可計(jì)65536次數(shù)，理論上能夠達(dá)到約測(cè)量距離約為11m，然而實(shí)際上卻只能達(dá)到最大的測(cè)量距離為5m。 本章小結(jié)本章的主要對(duì)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，主要內(nèi)容有介紹試驗(yàn)方法，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和分析，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄的分析進(jìn)行改進(jìn)，得出結(jié)論，找到系統(tǒng)所存在的問(wèn)題并提出解決方案。經(jīng)過(guò)以上工作，本系統(tǒng)的基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，可精確實(shí)現(xiàn)近距離的測(cè)量。設(shè)計(jì)能夠成功完成是與練秋生老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助分不開(kāi)的，在此表示衷心的感謝。經(jīng)過(guò)這次也使我真正的認(rèn)識(shí)到單片機(jī)編程雖然繁瑣，但編譯成功之后的喜悅是難以言說(shuō)的，我真正感受到了電子信息工程專(zhuān)業(yè)的樂(lè)趣。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。雷達(dá)測(cè)距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。因此，當(dāng)前超聲波測(cè)距一般使用脈沖回波法。目前，超聲波測(cè)距的研究目標(biāo)主要是研究精度更高的回波處理算法，研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進(jìn)一步拓寬超聲波測(cè)距的應(yīng)用空間，在提高有效作用距離的同時(shí)，相應(yīng)提高測(cè)量精度與抗干擾能力等方面。要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路圖及系統(tǒng)軟件。其中脈沖回波法最為常用，它主要基于超聲測(cè)距回波信號(hào)的識(shí)別，多采用模擬方法，用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂菩盘?hào)由555定時(shí)器構(gòu)成的低頻振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波發(fā)射模塊和接收模塊采用HCSR04超聲波測(cè)距模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測(cè)量距離精確，精度高，盲區(qū)（2cm）超近。當(dāng)晶片的兩極加入脈沖信號(hào)，若脈沖信號(hào)的頻率正好等于或接近于壓電晶片本身的固有振蕩頻率時(shí)，其機(jī)械形變達(dá)到最大，壓電晶片發(fā)生共振，并引起共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波，使電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械波；反之，當(dāng)晶片的共振板接收到超聲波時(shí)，壓電晶片將發(fā)生機(jī)械形變，其表面產(chǎn)生電荷，致使機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這便是壓電式超聲波傳感器的工作原理。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。使用CX20106A 集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，其總放大增益80db。由此可見(jiàn)溫度對(duì)于超聲波測(cè)距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。一般采用DS18B20溫度傳感器測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。四、研究工作進(jìn)度：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總計(jì)17周完成，具體時(shí)間安排如下：第 1~4 周 查閱超聲波測(cè)距課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，研究主要成果，發(fā)展趨勢(shì)，主要問(wèn)題等，熟悉課題內(nèi)容，復(fù)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述；第 5~7 周 獨(dú)立進(jìn)行電路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，制作超聲波測(cè)距基本電路；第 7~12 周 對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行硬件調(diào)試，編寫(xiě)可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的軟件程序；第13~14周 利用軟件程序?qū)φ麄€(gè)產(chǎn)品進(jìn)行軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；第15~17周 撰寫(xiě)論文。目前，典型的無(wú)線測(cè)距方法有超聲波測(cè)距、CCD 探測(cè)、雷達(dá)測(cè)距、激光測(cè)距等。與前幾種測(cè)距方式相比，超聲波測(cè)距可以直接測(cè)量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。超聲波測(cè)距的工作原理是發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收回波。二、研究主要成果 超聲波測(cè)距憑借其原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在液位測(cè)量、移動(dòng)機(jī)器人定位和避障、汽車(chē)防撞、曲面仿形檢測(cè)和導(dǎo)盲系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波傳感器已經(jīng)被廣泛用作測(cè)距傳感器，并應(yīng)用于機(jī)器人的定位和避障。大多數(shù)曲面外形尺寸很難通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量方式獲得，而超聲波測(cè)距可以通過(guò)采用多傳感器多角度測(cè)距，確定其外形特征，以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面的檢測(cè)。具有語(yǔ)音告知功能, 兼帶振動(dòng)功能, 更加人性化、智能化。而利用超聲波測(cè)距系統(tǒng)制作的導(dǎo)盲系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便。由于存在視覺(jué)盲區(qū)，人們?cè)诘管?chē)時(shí)無(wú)法看清楚車(chē)子后面的障礙物，很容易刮傷汽車(chē)或發(fā)生事故。與其他測(cè)位方法相比，超聲波液位測(cè)量具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、安裝和維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)上看，超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)70年代已經(jīng)實(shí)用化從上個(gè)世紀(jì)70年代末期已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中，相位檢測(cè)法精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射介質(zhì)的影響。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。雷達(dá)測(cè)距具有全天候工作，適合于惡劣的環(huán)境中進(jìn)行短距離、高精度測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)，但容易受電磁波干擾。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間?？刂瞥绦蚩刹捎肅語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ? v = + , T為現(xiàn)場(chǎng)溫度, v為實(shí)際波速。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(qiáng)等因素的影響,其中溫度的影響最大?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率開(kāi)始定時(shí)器、液晶初始化啟動(dòng)T0開(kāi)中斷啟動(dòng)T1發(fā)40kHz方波延時(shí)避開(kāi)盲區(qū)開(kāi)外部中斷0有回波停止T0，T1關(guān)中斷數(shù)據(jù)處理顯示輸出YN40 kHz（超聲波傳感器的聲壓能級(jí)、靈敏度在40kHz時(shí)最大）較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。單片機(jī)端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。壓電效應(yīng)主要分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，所謂正壓電效應(yīng)就是在晶片兩極加入電壓時(shí)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，從而在晶片表面產(chǎn)生機(jī)械波；逆壓電效應(yīng)正好相反，當(dāng)晶片本身發(fā)生機(jī)械形變，或者加入了機(jī)械波，在晶片的表面會(huì)產(chǎn)生電荷，從而在晶片兩極產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。單片機(jī)輸出超聲波傳感器所需的40kHz的方波信號(hào)，利用外中斷口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個(gè)模塊組成。課題擬解決的主要內(nèi)容有：；、引腳結(jié)構(gòu)、功能組成等，制定清晰合理的電路結(jié)構(gòu)，使單片機(jī)能夠準(zhǔn)確控制電路進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)；；，并配合軟件進(jìn)行硬件電路分析和優(yōu)化。系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收模塊、顯示電路組成。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)科研人員在超聲波回波信號(hào)處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對(duì)超聲測(cè)距的常見(jiàn)影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測(cè)距精度的措施。超聲波測(cè)距方法主要有相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和脈沖回波法三種。與前幾種測(cè)距方式相比，超聲波測(cè)距可以直接測(cè)量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。目前，典型的無(wú)線測(cè)距方法有超聲波測(cè)距、CCD 探測(cè)、雷達(dá)測(cè)距、激光測(cè)距等。最后祝愿燕山大學(xué)里仁學(xué)院和信息科學(xué)與工程學(xué)院蒸蒸日上，越來(lái)越好。通過(guò)資料的查閱，制定方案，設(shè)計(jì)硬件電路，軟件編程，系統(tǒng)調(diào)試等一系列過(guò)程，極大的豐富了我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使我的理論與實(shí)際動(dòng)手能力又有了一個(gè)很大的提高，特別是在單片機(jī)編程方面又學(xué)到了不少新的東西。但本系統(tǒng)仍有需要完善的地方，比如無(wú)法測(cè)量過(guò)近距離，測(cè)量較遠(yuǎn)距離時(shí)需要被測(cè)物有比較大的面積，測(cè)量結(jié)果也仍可再進(jìn)行誤差修正等。整個(gè)系統(tǒng)主要包括單片機(jī)核心板、超聲波測(cè)量模塊、液晶顯示模塊和溫度測(cè)量模塊。測(cè)量距離不夠遠(yuǎn)的原因主要有以下幾點(diǎn)：發(fā)射電流雖然經(jīng)過(guò)了推挽方式放大但仍然很?。唤邮针娐吩胍糁惦娖竭^(guò)大，CX20106A芯片能力不足；空氣損耗也會(huì)產(chǎn)生影響。最后，即使超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離能保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)量距離，θ也會(huì)對(duì)超聲波測(cè)距的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。光線對(duì)測(cè)量裝置中的半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生干擾。 測(cè)量結(jié)果不夠精確本次實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定誤差。 存在的問(wèn)題及原因這次實(shí)驗(yàn)存在的主要問(wèn)題有無(wú)法測(cè)量過(guò)近距離，測(cè)量結(jié)果不夠精確和測(cè)量距離不夠遠(yuǎn)三方面。 //計(jì)算距離 distance=distance/； //線性誤差修正 zonghe+=distance。NOP()。j++) //測(cè)量10次 { Tx=1。經(jīng)過(guò)測(cè)量值實(shí)際值坐標(biāo)圖比對(duì)可知20cm～500cm時(shí)超聲波測(cè)距系統(tǒng)存在近似線性的誤差，%。（2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖43 0～20cm時(shí)測(cè)量值實(shí)際值坐標(biāo)圖對(duì)表41結(jié)果做測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)坐標(biāo)圖如圖43所示。表41 0～20cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表當(dāng)測(cè)量距離為0～20cm之間時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)如表41所示。液晶顯示如圖42所示。與上