【正文】 mer, such as the spotlight, orientation, reflection and transmission. These mechanical properties is one of the reasons to be used as an important method of ultrasonic distance measurement. Ultrasound is simple and efficient, high precision and durable character is ticsis nother big reason. This design gives a detailed introduction to the microcontroller,ultrasonic and ultrasonic ranging principle. It is with MCU STC89C51, hcsr04 ultrasonic module, DS18B20 temperature sensor and LCD display through software programming to design out a simple and easy operation, economy and practicality and accuracy high simple ultrasonic range finder. Through the error analysis of temperature pensation, and to achieve the adjustable measurement range, realize the alarm function. Key words ： SCM。伴隨著社會經濟的蓬勃發(fā)展，電子測量技術也逐漸被應用到各個領域，而超聲波測距技術因擁有測量精確度高、成本消耗低、性能穩(wěn)定度高等優(yōu)點則成為其中的佼佼者。 超聲波是一種非常實用有效的測量方法，人們借用它不需要接觸物體就可以進行精確測量。對環(huán)境適應能力強，無論在什么樣的環(huán)境中，都能夠進行精確測量并標定準確度。超聲波在機器人的研制和倒車雷達等實例中也被廣泛使用。 人們一直很重視如何降低輸入信號的信噪比。 自從進入 21 世紀開始，國內的廣大學者和科研人員就對超聲波測量精確度的提高方面進行了大量的嘗試研究。就目前來說，國內雖然對超聲波回波信號的處理有了較為成熟的研究發(fā)展，由于它對超聲波測距的探測定位具有關鍵性作用，因此國內學者仍然將它作為重要研究方向之一。 顯示模塊單片機處理單元檢 測 電 路發(fā) 射 電 路接 收 電 路發(fā)射探頭接收探頭目標物 圖 系統(tǒng)設計方案圖 由圖可知本系統(tǒng)硬件設計是由六部分組成，分別為： (1)發(fā)射電路。 (5)溫度測量電路。經過 STC89C51 單片機進行數據處理后將距離也顯示到 LCD 上。由下圖 可看出， T0 時刻由超聲波模塊的發(fā)射端發(fā)射一束方波，并于此時定時器開始工作計時。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 圖 時序圖 通過本次設計，完善自我，學習了解單片機的相關知識。如今超聲波被應用到諸如工業(yè)、醫(yī)療、軍事等各種行業(yè)當中。 （ 4）超聲波能夠在固、液、氣、固熔等介質中傳播。 （ 7）超聲波不但是一種波動形式，可作為媒介如 B 超等進行醫(yī)療診斷；同時也是一種能量形式，可對患者進行治療。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 圖 超聲波傳感器外部結構 圖 超聲波傳感器內部結構 傳感器的選擇 本課題設計選用的是 HCSR04 超聲波模塊。 表 超聲波模塊 HCSR04 的電氣參數 電氣參數 超聲波模塊 HCSR04 工作電壓 DC5V 工作電流 15mA 工作頻率 40KHz 最遠射程 4m 最近射程 2cm 測量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號 10uS 的 TTL 脈沖 輸出回響信號 輸出 TTL 電平信號，與射程成比例 規(guī)格尺寸 45*20*15mm 基本工作原理： 采用 I/O 口 TRIG 觸發(fā)測距。當信號返回時， I/O 口對此作出響應而輸出一個高電平。s 以上的高電平 ,然后在接濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 收端等候高電平輸出。這樣就可以算出距離。設起始時刻為 1t ，則發(fā)射波的強度為 ）（ 0111 UXts inAI ?? （實際測量時的發(fā)射波是方波，為了 方 便 計 算 說 明 所 以 在 此 用 正 弦 波 舉 例 ) 。根據時間和相位的關系，待測距離 2/ctD D? 可以轉換為)2/$K / 2 ( ND PU?? 。 （ 3） 渡越時間法： 首先通過檢測計數從超聲波傳感器的發(fā)射端發(fā)出聲波的時刻記為 t1，超聲波返回到傳感器接收端的時刻 t2，兩者的時間差 t=t2t1，這個時間差就是渡越時間。雖然精度相對于相位檢測法差點，但好在測 量距離足夠遠。一般來說， c 隨著溫度每升高 1℃ ，就增加 。 在本設計中用 STC89C51 中的定時器來測量超聲波傳播時間，用 DS18B20 測量環(huán)境溫度，達到提高測距精度的目的。顯而易見，發(fā)射探頭所發(fā)出的超聲波必然會先傳播到接收探頭。然而，該短時間內所走過的長度我們是不能檢測到的，即為測量盲區(qū)。最重要的是超聲波測距的原理方法，這是根本，因此本章對此進行了相關介紹，并為對測量時產生的誤差進行減免措施。 （ 4）溫度補償電路。 系 統(tǒng) 硬 件 設 計單 片 機D S 1 8 B 2 0 溫 度 補償 電 路發(fā) 射 電 路接 收 電 路報 警 電 路L C D 顯 示 電 路 圖 系統(tǒng)硬件設計結構框圖 社會在發(fā)展，科技在提高，超聲波測距 技術 也隨之更進一步。而要提高超聲波測量的精度，則必須要從設計要求的關鍵和難點出發(fā)，即對超聲波的發(fā)射處理和超聲波的接收處理這兩個重要方面。目前單片機應用領域很廣泛： ① 工業(yè)自動化。 ③ 消費類電子產品。 ⑤ 武器裝備。 （ 3） 9— 表示內部含 Flash E178。 （ 6） 1— 表示該芯片內部程序存儲空間的大小為 4KB 。它具有高速 /低功耗的優(yōu)濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 點，工作頻率最高可達到 25MHz～ 50MHz。 STC89C51 單片機還具有以下特點： （ 1） ISP 與 IAP 編程方式 。 （ 5）雙 DPTR 數據指針 。 （ 9）較高的性價比 。這是由于在其內部沒有上拉電阻的原因，會造成其其處于高阻狀態(tài)而無法正常工作。 （ 2） P1 口（ 1～ 8 腳）： 是一個準雙向 8 位 I/O 口，每個口可獨立控制。一是是因為其內部含上拉電阻并且不能進行輸入鎖存。 （ 4） P3（ 10～ 17 腳）口：是一個準雙向 8 位 I/O 口。其第二功能 如下表 所示。 （ 4） 128 B RAM 數據存儲器。 （ 7）一個可編程全雙工串口通信。本系統(tǒng)設計使用軟件（如用單片機軟件編程）的方法輸出該方波脈沖信號。最后送給超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T 以聲波形式發(fā)射到空氣中。 （ 2）發(fā)射波盡量具備同一頻率的 振動。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 16 （ 4）單片機正常工作輸出最大電壓 5V。因此添加一個單電源乙類互補對稱功率放大電路，如圖 所示。 限制該系統(tǒng)最大可測距離有四個因素： （ 1）超聲波的幅度 。 測距誤差主要來自以下四個方面： （ 1）超聲波波束與探測目標的入射角影響。 （ 3）超聲波的傳播速度對測距有影響。實際上這種測量方法存在發(fā)射和反射夾角，設這個夾角的大小為 2θ。并因此會形成逐步加強的機械振動。該放大電路能夠對我們所需要的信號進行放大，對噪聲干擾信號抑制。同時還必須有高精度、小輸入的偏置電壓 。為了滿足系統(tǒng)設計需要，通過放大電路將輸入信號放大 200 倍。比數碼管更專業(yè)、美觀。 第 2 腳 :VDD 接 5V 正電源。 第 4 腳 :RS 為寄存器選擇。 第 6 腳 :E 端為使能端。因此在編寫軟件時要記得做相應處理，才能讀取正確。 圖 蜂鳴器報警電路 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 DS18B20 部分 DS18820 內部結構主要由四部分構成。 （ 4）配置寄存器。將 DS18B20 的數據線與單片機的 口相連，這樣溫度傳感器就能將檢測到的環(huán)境溫度發(fā)送到單片機達到溫度測量的目的。了解系統(tǒng)設計的一般情況。該模塊和溫度傳感接口模塊用法相似。 系統(tǒng)軟件的主程序可分為以下幾部分： （ 1）系統(tǒng)初始化。 （ 2）溫度每隔 900ms 就會進行一次采樣。 （ 3）按鍵 S 為測量啟動鍵。所以系統(tǒng)最小測量約為 2cm。 //溫度初始化 tmpchange()。 tmpchange()。該脈沖信號會在遇到障礙物后發(fā)生反射而產生反射波。對該計數數據處理后再通過計算得取距離值，同時將得出的距離數值轉換為十進制。當測量的距離很遠的時候，定時器的工作出錯，發(fā)生溢出現象。也就是不能產生外部中斷更會因此而不能關閉定時器。//啟動超聲波 while(!RX)。 //關閉計數 delayms(20)。amp。 //算出來是 CM。 TL0=0。 本章小結 本章節(jié)就怎樣實現該設計并得出結果進行了軟件設計方面的分析闡述并簡要地將相關 C 程序加以直觀羅列。隨著科技的不斷高速發(fā)展，超聲波也將滲透應用于更加寬廣的領域。在設計的過程中，不但有了知識的增長，更是改進了自身 的一些缺點不足，鍛煉了 自己 的實際動手能力。在這個過程中有無數人給了我莫大的幫助。 我為 導師嚴謹治學的態(tài)度、豐富的知識和無私奉獻的精神 所 折服。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 32 附錄一（實物圖） 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 33 附錄二（ Proteus仿真圖）