【正文】 生激波。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。 超聲波測距的 優(yōu)勢 和原理 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。因此在液位測量、機(jī)械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。 超聲波測距的方法有多種，本超聲波 測中系統(tǒng)的 原理為 : 檢測 出從超聲波發(fā)射器發(fā)出 6 的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，將這個 時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類 : 一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器 。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調(diào)試工作小較小。顯示電路采用 當(dāng)下最流行 的 漢顯 LCD 液晶顯示屏 ， 顯示控制線 接入單片機(jī)的 、 、 、 、 ，顯示控制總線接入單片機(jī)的 、 、 、 、 、 超聲 波測距信號的顯示。 C8051F410 單片機(jī) 系統(tǒng)概述 C8051F 系列器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級 MCU 芯片，有真正的 12 位多通道 ADC(F206),8 位多通道 ADC(F220/1/6)或沒有 ADC，每種器件都有與 8051 兼容的超聲波接收模塊 超聲波發(fā)射模塊 單片機(jī)控制系統(tǒng) （C8051F410） 顯示模塊 按鍵 供電單元 9 CIP51微控制器內(nèi)核和 8K字節(jié)的 FLASH 存儲器，還有硬件實(shí)現(xiàn)的 UART 和 SPI串行接口，該系列器件 22 或 32 個通用 I/O 引腳，其中一些引腳用于數(shù)字外設(shè)接口，任何一個端口引腳都可以配置為 ADC 的模擬輸入。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)，觀 察點(diǎn)，單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。 (5)0~25MHZ 的時鐘頻率 (6)電源管理方式 (7)可選的 1024 字節(jié) XRAM (8)8K 字節(jié) FLASH 程序存儲器 (9)片內(nèi)看門狗定時器， VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器。一個片內(nèi) VDD 監(jiān)視器，一個看門狗定時器，一個時鐘丟失檢測器，一個由比較器 0提供的電壓檢測器，一個軟件強(qiáng)制復(fù)位以及外部復(fù)位引腳， /RST引腳是雙向的可接受外部復(fù)位或?qū)?nèi)部產(chǎn)生的上電復(fù)位信號輸出到 /RST 引腳，通過將MONE 引腳拉為高電平來使能片內(nèi) VDD 監(jiān)視器除了 VDD 監(jiān)視器和復(fù)位輸入引腳以外，每個復(fù)位源都可以由用戶軟件禁止。即把計算機(jī)的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一個完整的片上系統(tǒng)（ SOS） . C8051F 單片機(jī)的引腳圖 圖 C8051F 單片機(jī)的引腳圖 超聲波測距系統(tǒng)構(gòu)成 設(shè)計的思路 本系統(tǒng)的設(shè)計思想是采用以 C8051F 單片機(jī)為核心，來設(shè)計一種低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。 系統(tǒng)組成的設(shè)計：各部分硬件的選取很有講究，要十分合理。 輸出高電平時， 兩個反相器 通路 ，發(fā)射 40KHZ 超聲波； 輸出低電平時，停止發(fā)射。蜂鳴器的第二引腳接入三極管 S8050 的集電極同時將 S8050 的發(fā)射極接地，然后有單片機(jī)的 控制 S8050 做蜂鳴器的開關(guān)使用。其中， AD620 作為第一級 放大電路 對接收回來的超聲波信號進(jìn)行 一千倍 的 信號 放大，然后將信號送入TL084 進(jìn)行信號的第二級放大 ， 放大 20 倍 。信號在進(jìn)入由 TL084 和 C2 C24 組成的電路 對直流信號進(jìn)行放大 。單片機(jī)控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0計時，當(dāng)檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計時器計時。 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序編制及流程圖 圖 。發(fā)射 完成 。 綜合考慮各類因素及 實(shí)際情況，為了使計算簡化，取空氣中聲速為 340m/s,或 34cm/ms,則障礙物距離 d 的計算公式如下d=(t*34cm/ms)/2=t*17cm/ms. 中斷服務(wù)程序的流程圖 CPU 接收回波信號后，立即產(chǎn)生 INT0 中斷同時 T0 立即停止計數(shù) 取計數(shù)值置有回波標(biāo)開始 初始化 發(fā)射超聲波，開始計時，停止發(fā)射超聲波 等待回波中斷 有回波否？ 、？ 處理信號，計算距離 圖 主程序流程圖 N Y 17 志 。若 無回波信號，則說明 距離沒有超過警戒距離 ，或所測 距離較遠(yuǎn)已超出最大探測距離，此時置閃爍顯示“ ”并發(fā)出長嘟聲。因此，除 在硬件電路中采取措施外，軟件中還要加入抗干擾程序。 首先要有合適的工具，我選擇的是 30W 的尖頭烙鐵；尖頭鑷子，用于抓取小器件。然后，用免清洗的助焊劑略涂一些，用細(xì)焊錫絲逐腳焊接，方法和焊接直插器件類似，先放上烙鐵頭，略延時后將焊錫絲送上，只是時間稍短，焊錫不要給的太多，以免連焊到一塊。 試驗(yàn)板中的聲速沒有進(jìn)行溫度補(bǔ)償，聲速值為 340m/s。 再其次，在調(diào)試超聲波接收部分時，發(fā)現(xiàn) 波形不正常且波形緩慢，經(jīng)分析得知是電容 19 C2 C24 組成的濾波電路對波形造成的影響。 放大以后進(jìn)過單片機(jī)內(nèi)部的比較器進(jìn)行比較。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試過程中，主要是決定超聲波的發(fā)送時間長短，經(jīng)過調(diào)整時間，可以得到一個合適的發(fā)射功率。關(guān)閉計數(shù)器，取出計數(shù)值。 說明超聲波發(fā)送時間是一個很短暫的時間，從波形中可以很明顯看到 超聲波發(fā)射波形拉開后的狀況，可以清晰看到發(fā)送波形的周期 20 超聲波發(fā)射端管腳波形，有明顯的毛刺，這說明超聲波被驅(qū)動 可以清晰看到發(fā)送與接收到回波的時間差 性能分析 從實(shí)物測試的總體來說本測距板基本上達(dá)到了要求，理想上超聲波測距能達(dá)到 5到 7米左右，而我們所能實(shí)現(xiàn)的最大距離只有 1米，測量結(jié)果受環(huán)境溫度影響。 22 參考文獻(xiàn) [1] 陳富安 . 單片機(jī)與可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M]. 北京 : 電子工業(yè)出版社 , ， 11～ 20 [2] 張齊 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) [M].北京 : 電子工業(yè)出版社 , ， 102～ 120 [3] 李剛 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) [M]. 西安 : 電子科技大學(xué)出版社 , ， 205～ 220 [4] 李冰 . 80C51 嵌入式系統(tǒng)編程 [M]. 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 2020， 65～ 76 [5] 徐愛卿 . 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