【正文】 界面，它通過(guò)接收控制器發(fā)出的指令顯示相應(yīng)的內(nèi)容，簡(jiǎn)潔明了地體現(xiàn)出整個(gè)設(shè)計(jì)的功能。 為使所測(cè)溫度與距離可以同時(shí)顯示，經(jīng)過(guò)比較，使用液晶顯示屏顯示可以有更好的顯示效果，所以選擇使用液晶顯示屏顯示。 （ 1）熱敏電阻 熱敏電阻可以將環(huán)境的溫度變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化，通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換將信號(hào)傳輸給單 片機(jī)，測(cè)出當(dāng)前環(huán)境溫度，但阻值與溫度的關(guān)系非線性化嚴(yán)重，且不易互換。電路設(shè)計(jì)采用模塊化，以便于調(diào)試與檢修。 STC12C5A60S2如圖 31 所示。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式， XTAL1 和 XTAL2 外接的是12 MHz 的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。 P0 口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時(shí) P0口就是一個(gè)真正的雙向口；而在沒(méi)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以作為通用的 I/O 接口使用，但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口；另外， P0口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800μ A。 P2 端口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平，作為輸入口使用；在對(duì)內(nèi)部的 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)， P2口接收高 8位地址和控制信息，而在訪問(wèn)外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口就送出高 8 位地址。 P3口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，此端接控制信息。 ○ 2 PSEN___________（ 29）： 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平時(shí)有效。當(dāng)該引腳訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)該輸入的是低電平，要使單片機(jī)只訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器 ,這時(shí)該引腳必須保持低電平；而在對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，用于施加 Vpp 編程電壓。一般外接晶體時(shí)，電容選為 30pF 左右。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。反之，如果兩極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它 就成為超聲波接收器了。這兩處的支點(diǎn)就成為振子振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。超聲波傳感器實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測(cè)的距離也越遠(yuǎn)。 工作時(shí)，由單片機(jī) 產(chǎn)生 40kHz 的脈沖向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號(hào)，再經(jīng) 74LS04 放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)超聲波探頭將超聲波發(fā)射出去。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 芯片 CX20216A 的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能，當(dāng)測(cè)量的距離比較近時(shí)，放大器不會(huì)過(guò)載；而當(dāng)測(cè)量距離比較遠(yuǎn)時(shí)，超聲波信號(hào)微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。 圖 36 超聲波接收電路電路圖 超聲波測(cè)距模塊 HCSR04 HCSR04 超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭， CX20216A芯片電路， 74LS04 芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。此模塊的測(cè)距范 圍為 2cm～ 5m，能基本滿足測(cè)距要求，而且其精度可以達(dá)到 ，盲區(qū)僅僅為 2cm，完全可以能夠滿足本設(shè)計(jì)的測(cè)距要求，而且測(cè)距也比較穩(wěn)定。一 有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，就能夠算出距離。 1602 顯示的容量為2行 16 個(gè)字。第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線 。 DS18B20 讀取溫度共讀取 16位，把后 11 位的 2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后再乘以 便為所測(cè)的溫度。 圖 38 溫度傳感器電路圖 報(bào)警模塊 報(bào)警信號(hào)由單片機(jī) 口輸出提供聲響報(bào)警信號(hào)，電路主要由電阻、三極管 S901蜂鳴器組成。電源模塊的主芯片是 LM7805。 C 語(yǔ)言運(yùn)用模塊化的思想，對(duì)不同功能模塊進(jìn)行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。最后主程序通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說(shuō)明接收到了回波信 號(hào)，那么主程序就返回到初始端重新將回波接收標(biāo)志位置位并且在單片機(jī)的 端口上發(fā)送低電平到超聲波發(fā)射電路，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。 （ 2）定時(shí)器子程序。 （ 4）顯示處理子程序。 綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 41 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 所示。 設(shè) 置 定 時(shí) 器 T 0 和 T 1 的 工 作 模 式T 0 賦 初 值T 0 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開(kāi) T 0 中 斷T 1 賦 初 值T 1 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開(kāi) T 1 中 斷開(kāi) 總 中 斷返 回系 統(tǒng) 初 始 化 子 程 序 圖 42 系統(tǒng)初始化子程序流程圖 定時(shí)器 子 程序設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)是 16位定時(shí)器，最大計(jì)時(shí)時(shí)間為 65536μ s，當(dāng)測(cè)量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì)發(fā)生溢出 。進(jìn)入到測(cè)溫程序時(shí)，準(zhǔn)備讀溫度，開(kāi)始 DS18B20 初始化，后判斷 DS18B20 是否存在。 本設(shè)計(jì)是通過(guò) 1602 液晶顯示屏來(lái)顯示的。 主程序根據(jù)距離計(jì)算公式計(jì)算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的遠(yuǎn)近，通過(guò) 液晶屏 顯示，并且同時(shí)控制蜂鳴器。硬件電路的調(diào)試可分為各模塊的調(diào)試和系統(tǒng)電路的調(diào)試，最為妥當(dāng)?shù)姆椒ň褪窃谡{(diào)試好一個(gè)模塊后，在這個(gè)基礎(chǔ)上再進(jìn)行下一個(gè)模塊電路板的焊接與調(diào)試。 系統(tǒng)硬件調(diào)試方法及過(guò)程 硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格以及各芯片的輸入輸出電壓是否符合設(shè)計(jì)要求，最后測(cè)試各硬件部 分能否完成本設(shè)計(jì)的功能。同時(shí)，這個(gè)方法也可以檢測(cè)出電路中短路的部分。然后測(cè)試 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 個(gè)器件的電源，接地以及一些電平應(yīng)該固定的端口電壓。檢測(cè)溫度傳感器是否能正常運(yùn)行。 調(diào)試現(xiàn)象 誤差分析 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程中無(wú)可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，以下對(duì)可能產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析： 環(huán)境對(duì)超聲波速度的影響 空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量和反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。超聲波頻率高 對(duì)探測(cè)較小目標(biāo)有利，有效反射目標(biāo)應(yīng)大于至少 10 個(gè)波長(zhǎng)以上，對(duì)于非垂直于發(fā)射波束的目標(biāo) ，大波束角的傳感器通?？梢垣@得更強(qiáng)的回波信號(hào)，而波束角越窄對(duì)減小散射波的干擾越有利。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過(guò)根據(jù)測(cè)量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整比較電壓來(lái)減小這種誤差。 （ 2）計(jì)時(shí)器本身的誤差。 超聲波入射角影響 超聲波入射角也會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波往返的時(shí)間來(lái)計(jì)算出距離。 本設(shè)計(jì)主要完成了以下幾方面的任務(wù)： 了解了超聲波測(cè)距原理和超聲波傳感器工作原理后完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)的性能和誤差進(jìn)行了分析； 完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)； 完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試； 實(shí)際測(cè)試證明，通過(guò)對(duì)超聲波倒車?yán)走_(dá) 系統(tǒng)的整體的設(shè)計(jì)研究，證明了超聲波測(cè)距系統(tǒng)對(duì)一般近距離的測(cè)距具有較高的精度，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，且成本低，有良好的性價(jià)比。由于超聲波測(cè) 距儀測(cè)量的距離比較小，故采用 HCSR04超聲波傳感器作為發(fā)射和接收裝置，雖然也存在一定的自身干擾，但是比發(fā)射與 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 接收采用一只壓電陶瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。但要注意接收電路中的諧振回路帶寬不能太窄，以免降低了電路的穩(wěn)定性。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 致 謝 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師武衛(wèi)強(qiáng)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)和撰寫論文的過(guò)程中對(duì)我給予的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，從選題到查閱資料，開(kāi)題報(bào)告的書寫，中期論文的書寫以及格式調(diào)整，后期畢業(yè)答辯等各個(gè)環(huán)節(jié)都給予了我悉心的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)向武老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] 趙小川 . 機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì) [M].北 京：北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 [2] 譚浩強(qiáng) . 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