【正文】 界面，它通過接收控制器發(fā)出的指令顯示相應(yīng)的內(nèi)容，簡潔明了地體現(xiàn)出整個設(shè)計的功能。 為使所測溫度與距離可以同時顯示，經(jīng)過比較，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 AD 轉(zhuǎn)換將信號傳輸給單 片機，測出當(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)計采用模塊化，以便于調(diào)試與檢修。 STC12C5A60S2如圖 31 所示。單片機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行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時鐘信號。 P0 口在有外部擴展存儲器時將會被作為地址 /數(shù)據(jù)總線口，此時 P0口就是一個真正的雙向口；而在沒有外部擴展存儲器時，P0口也可以作為通用的 I/O 接口使用，但此時只是一個準(zhǔn)雙向口；另外， P0口的輸出級具有驅(qū)動 8個 LSTTL 負(fù)載的能力即輸出電流不小于 800μ A。 P2 端口置 1 時，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；在對內(nèi)部的 Flash 程序存儲器編程時， P2口接收高 8位地址和控制信息，而在訪問外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口就送出高 8 位地址。 P3口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對內(nèi)部 Flash 程序存儲器編程時，此端接控制信息。 ○ 2 PSEN___________（ 29）： 片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平時有效。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲器時，應(yīng)該輸入的是低電平，要使單片機只訪問片外程序存儲器 ,這時該引腳必須保持低電平；而在對 Flash 存儲器編程時，用于施加 Vpp 編程電壓。一般外接晶體時，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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它 就成為超聲波接收器了。這兩處的支點就成為振子振動的節(jié)點。超聲波傳感器實際上是一種換能器，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，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。 工作時，由單片機 產(chǎn)生 40kHz 的脈沖向超聲波的發(fā)射電路部分發(fā)出信號，再經(jīng) 74LS04 放大電路放大后，驅(qū)動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（論文） 17 芯片 CX20216A 的前置放大器具有自動增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時，超聲波信號微弱，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超聲波集成模塊。此模塊的測距范 圍為 2cm～ 5m，能基本滿足測距要求，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)計的測距要求，而且測距也比較穩(wěn)定。一 有輸出就可以開定時器計時，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，就能夠算出距離。 1602 顯示的容量為2行 16 個字。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進制轉(zhuǎn)化為10進制后再乘以 便為所測的溫度。 圖 38 溫度傳感器電路圖 報警模塊 報警信號由單片機 口輸出提供聲響報警信號，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 語言運用模塊化的思想，對不同功能模塊進行分別編程，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。最后主程序通過對回波信號的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說明接收到了回波信 號，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)不斷地運行，循環(huán)不斷地工作用來實現(xiàn)測距。 （ 2）定時器子程序。 （ 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（論文） 22 所示。 設(shè) 置 定 時 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 T 0 中 斷T 1 賦 初 值T 1 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開 T 1 中 斷開 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 定時器 子 程序設(shè)計 由于單片機是 16位定時器，最大計時時間為 65536μ s，當(dāng)測量的距離很遠(yuǎn)的時候，定時器就會發(fā)生溢出 。進入到測溫程序時，準(zhǔn)備讀溫度，開始 DS18B20 初始化，后判斷 DS18B20 是否存在。 本設(shè)計是通過 1602 液晶顯示屏來顯示的。 主程序根據(jù)距離計算公式計算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的遠(yuǎn)近，通過 液晶屏 顯示，并且同時控制蜂鳴器。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)試好一個模塊后，在這個基礎(chǔ)上再進行下一個模塊電路板的焊接與調(diào)試。 系統(tǒng)硬件調(diào)試方法及過程 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)計要求，最后測試各硬件部 分能否完成本設(shè)計的功能。同時，這個方法也可以檢測出電路中短路的部分。然后測試 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 個器件的電源，接地以及一些電平應(yīng)該固定的端口電壓。檢測溫度傳感器是否能正常運行。 調(diào)試現(xiàn)象 誤差分析 本系統(tǒng)在設(shè)計和數(shù)據(jù)的計算過程中無可避免地會產(chǎn)生一定的誤差，以下對可能產(chǎn)生誤差的原因進行分析： 環(huán)境對超聲波速度的影響 空氣中傳播的超聲波是由機械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量和反抗壓縮變化力的作用，實現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。超聲波頻率高 對探測較小目標(biāo)有利，有效反射目標(biāo)應(yīng)大于至少 10 個波長以上，對于非垂直于發(fā)射波束的目標(biāo) ，大波束角的傳感器通?？梢垣@得更強的回波信號，而波束角越窄對減小散射波的干擾越有利。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過根據(jù)測量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個數(shù)和動態(tài)調(diào)整比較電壓來減小這種誤差。 （ 2）計時器本身的誤差。 超聲波入射角影響 超聲波入射角也會對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波往返的時間來計算出距離。 本設(shè)計主要完成了以下幾方面的任務(wù)： 了解了超聲波測距原理和超聲波傳感器工作原理后完成了系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對系統(tǒng)的性能和誤差進行了分析； 完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計； 完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試； 實際測試證明，通過對超聲波倒車?yán)走_(dá) 系統(tǒng)的整體的設(shè)計研究，證明了超聲波測距系統(tǒng)對一般近距離的測距具有較高的精度，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計的目的，且成本低，有良好的性價比。由于超聲波測 距儀測量的距離比較小，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（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（論文） 33 致 謝 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師武衛(wèi)強老師在畢業(yè)設(shè)計和撰寫論文的過程中對我給予的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，從選題到查閱資料，開題報告的書寫，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)向武老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、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（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] 趙小川 . 機器人技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計 [M].北 京：北京航天航空大學(xué)出版社， 2021 [2] 譚浩強 . 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