【正文】 ange ， 獲 得當前環(huán)境溫度 ltemp ，當超聲波 接收模塊接收到反射回的超聲波時， T0 停止計時，程序 調(diào) 用 距 離 計 算 子 程 序 （）Conut 和 顯 示 子 程 序 （）CharDisplayOne ，（）tCharDisplayLis ， LCD 液晶顯示 器 顯示 測得的 溫度和所 計算出 的距離 ，并且比較所測量的距離和系統(tǒng)設(shè)定的報警值，如果測量距離小于 米 ，則 蜂鳴器報警，否則不報警 。距離計算子程序代碼如下所示： void Conut(void) { time=TH0*256+TL0。//算出來是 mm if((S=7000)||flag==1) //超出測量范圍顯示“ ” { flag=0。 DisplayOneChar(11,1,39。39。)。 DisplayOneChar(15,1,39。 l_disbuff[1]=S%1000/100+0x30。 DisplayOneChar(11,1,39。 DisplayOneChar(13,1,l_disbuff ]2[ )。)。= 0xF。 //算出指令碼 WriteCommandLCD(X, 0)。 Y amp。 限制 X 不能大于 15， Y 不能大于 1 while (DData[ListLength]=0x20){ //若到達字串尾則退出 if (X = 0xF){ //X 坐標應(yīng)小于 0xF 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 25 DisplayOneChar(X, Y, DData[ListLength])。 void StartModule()//啟動模塊 { TX=1。 TX=0。 SPK=1。在頭文件中有延時函數(shù)、 DS18B20 初始化函數(shù)、讀寫一位字節(jié)函數(shù)、獲得溫度函數(shù) tmp（）、發(fā)送溫度轉(zhuǎn)化命令函數(shù) tmpchange（）等。 dsreset()。//發(fā)送讀取數(shù)據(jù)命令 a=tmpread()。 temp=temp|a。 開 始結(jié) 束溫 度 初 始 化延 時發(fā) 送 讀 取 數(shù) 據(jù) 命 令讀 兩 個 字 節(jié) 數(shù) 據(jù)兩 字 節(jié) 合 成 一 個 整 型變 量返 回 溫 度 值 圖 54 獲得溫度流程圖計算機信息工程學院畢業(yè)論文 28 第 6 章 測量結(jié)果與誤差分析 測量結(jié)果 表 61 誤差數(shù)值表 (環(huán)境溫度 24℃ ) 實際距離（ m） 測量距離（ m） 平均誤差 (m) 誤差分析 傳感器是目前使用較為普遍的傳感器之一，主要應(yīng)用的領(lǐng)域是利用超聲波定位、測距防撞、測量海底地貌、交通測速等多種方面。根據(jù)差聲波測距原理，測量誤差的來源主要有以下幾種 [24]： （ 1）環(huán)境溫度對超聲波波速的影響： 超聲波由壓電陶瓷芯片振動產(chǎn)生，在傳播過程中，受傳播介質(zhì)影響很大。如果系統(tǒng)靈敏度較低，可能會對測量距離有影響，因為反射信號的強度值與超波的距離平方成比例關(guān)系，而如果系統(tǒng)靈敏度設(shè)置較高的話，就會有可能無法正確分辨噪聲信號和反射信號，從而將不必要的噪聲誤差帶入系統(tǒng)，降低系統(tǒng)準確率。 （ 5）超聲波回波聲強度影響 : 然后返回測得的這段距離與超聲波回波的強弱有關(guān)，因為我們不能確定測得的回波是不是第一個回波，然而這個錯誤不能從根消除，但可以調(diào)整脈沖數(shù)和脈沖串的比較電壓基于測量的距離，以減少這種誤差動態(tài)調(diào)整的。 （ 3）提高計時精度，減少時間量化誤差。計算機信息工程學院畢業(yè)論文 30 結(jié)論 基于單片機設(shè)計的 STC89C52RC 汽車倒車雷達，設(shè)計中首先介紹了超聲波測距的知識，其次給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并從系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計思路，提高完善了系統(tǒng)的解決方案。本設(shè)計所設(shè)計的汽車倒車雷達系統(tǒng)的測距精度能達到 mm 級的精度，能夠較 精確的進行距離的測量，并且在利用了超聲波集。 本設(shè)計中測距顯示模塊采用的是單片機動態(tài)掃描方式將測得距離在 LCD 上以 4 位顯示出來的，并利用蜂鳴器報警電路對設(shè)置界限的距離進行報警。例如：微控制器內(nèi)置計時器只計算晶振頻率第十二次的頻率，當晶振頻率為 6MHz，計數(shù)頻率為 帶內(nèi)經(jīng)過漫長的時間在空中量化誤差 毫米；當振蕩器的頻率是 12MHz 的時候，計數(shù)為 1MHz 的頻率，在這個距離的時間量化誤差是 毫米。在保證每個單元都能正常工作的條件下，我們可以從硬件和軟件方面入手提高整個系統(tǒng)的測量精度 [25]： （ 1）選擇合適的超聲波的發(fā)射頻率計脈沖周期，通常超聲波測距 40KHz 的選擇發(fā)射機脈沖更適當?shù)墓ぷ黝l率一般應(yīng)比在空氣循環(huán)超聲波傳播更大的 10倍以上，考慮到通帶和傳感器噪聲抑制，選擇一個傳輸脈沖為 1ms，從這可以看出，正確的選擇超聲波的頻率是非常關(guān)鍵的。 （ 4）計時器本身的誤差 : 因為大多數(shù)單片機使用一個晶體振蕩器，范圍是 2050PPM水平的穩(wěn)定性和精確度，對于聲音而言，這帶來的誤差是毫米級（ 10us的對應(yīng)于聲音的 340m/s 的速度）的。 （ 2）啟動發(fā)射和啟動計時之間的偏差： 在本系統(tǒng)中當超聲波開始發(fā)射時，理論上此時就開始計時，但是基于當單片機運行時不可能同時能處理兩個事件，所以從發(fā)射到計時這期間是存在時間間隔的，但是，在軟件方面可以彌補此問題，用代碼提高運行速度，偏差幾乎可以忽略。從原理上講，使用最為廣泛，在測量過程中，超聲波傳感器發(fā)射超聲波被傳播到空氣中的測定對象物，接收由超聲波換能器的反射脈沖反射后，從發(fā)射器到接收器的時間的超聲波脈沖的測量，已知的超聲波速度，從被測物體計 算的前提下，在空氣中的超聲波傳播速度的溫度，因此很難準確地捕捉到的超聲波回波，導致超聲波的傳播時間，很難精確地測量的空氣。 return temp。 temp=b。//延時函數(shù) tmpwritebyte(0xcc)。獲得溫度程序代碼如下所示： int tmp() { int temp。//關(guān)閉蜂鳴延時 delay(50000)。 delay(50000)。 _nop_()。 X++。 X amp。 } void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData) {// 按指定位置顯示一串字符 unsigned char ListLength。 //當要顯示第二行時地址碼 +0x40。= 0x1。 DisplayOneChar(15,1,39。)。 l_disbuff[3]=S%10+0x30。)。39。 DisplayOneChar(13,1,39。)。39。 TL0=0。 系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 51 所示： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化發(fā) 射 超 聲 波 并 啟 動 T 0 開 中 斷接 收 到 回 波 的 同 時 中 斷 停 止顯 示 距 離計 算 距 離溫 度 轉(zhuǎn) 化 并 顯 示S = 5 0 0蜂 鳴 器 響結(jié) 束NY 圖 51 主程序流程圖 計算機信息工程學院畢業(yè)論文 23 子程序設(shè)計 距離計算子程序 從距離計算公式 c)/20xx(timeS ?? 中可以很明顯看出來，如果想要得到具體的距離的值，一個是求出超聲波發(fā)射與接收所需要的時間 time，另一個就是求出超聲波的波速 v ，由于超聲波的波速與溫度有關(guān)，所以在主函數(shù)中利用溫度補償公式 ??? （ ltemp 代表溫度）來提高測量精度。如圖 48 所示 。 報警電路 原理圖如圖 47 所示。將溫度傳感器 DS18B20的數(shù)據(jù)線與連接到 STC89C52RC 單片機的 ，就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的溫度測量，原理圖如圖 45所示 。超聲波接收電路如圖 43 所示。 圖 42 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路 超聲波接收電路如下圖所示，它主要由 一個超聲波接收器 R兩個四路運算放大器 LM324 組成的兩級放大電路和一個鎖相環(huán)電路 LM567 構(gòu)成。 P L 2 3 0 3測 溫 D S 1 8 B 2 0P 3 . 2P 3 . 0R X DP 3 . 1T X DP 3 . 2P 1 . 5液 晶 顯 示 器L C D 1 6 0 2R SR WE NP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 0 . 0 P 0 . 7C 5 2P C超 聲 波 測 距 模 塊H C S R 0 4P 2 . 0P 2 . 1蜂 鳴 器R S T復(fù) 位T X D R X D 圖 41 超聲波測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 超聲波發(fā)射電路 發(fā)射電路包含的主要元器件是反相器、電阻和發(fā)射器，反相器 74LS04 是一個六非門反向器，本電路共包含有 5 個反相器， 單片機的 脈沖信號 ， 該信號的頻率是 40kHz，然后 由壓電陶瓷芯片振動 產(chǎn)生超聲波 。 通過利用 USB 塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動流量控制， PL2303 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART（通用異步收發(fā)器）端口 ,高達 115200bps 的波特率可用于更高的性能使用。在本系統(tǒng)中利用 LCD1602，在其內(nèi)部自帶的字符發(fā)生控制器，通過在 LCD 上的行號及列號，在與 RAM 一一對應(yīng)的地址上設(shè)置光標，通過軟件設(shè)計在光標處送去需要顯示的字符即可。 DS18B20 的特點簡單介紹如下 [21]： (1)可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； (2)每個芯片唯一編碼， 零待機功耗 ，無需外部元件 (3)可調(diào)的 9 至 12 位分辨率，可編程溫度為 ℃， ℃， ℃， ℃； (4)用戶可定義報警設(shè)置 ,測溫范圍： 55℃～ 125℃ ； (5)自我保護功能，可防止電源接反損壞傳感器； (6)DS18B20 封裝方式多樣，圖 34 展示了 PR35 封裝圖。市場上的熱敏元件有很多種類，根據(jù)材料及性質(zhì)的不同，分為金屬熱電阻、熱電偶、半導體材料熱電阻 等不同形式。 實物圖 圖 32 超聲波測距模塊實物圖 從圖中可以看出，該模塊包含的引腳分別是電源 VCC、觸發(fā) TRIG、響應(yīng) ECHO和接地 GND。但是與 P P2 不同的是，它還提供特殊的第二功能。 P1 口 —— 第 1~8 腳，此端口是具 8 位準雙向的 I/O 端口并且含有上拉電阻。一般情況下，滿足RST/VPD 上連續(xù)施加兩個系統(tǒng)周期的復(fù)位信息，系統(tǒng)就進入復(fù)位狀態(tài)。 XTAL2 正常情況下與晶振的另一個引腳相連。 VCC—— 第 40腳，一般運行時都是 +5V 的電壓。在單片機閑置狀態(tài)時，處理器不再運行，但是可以保持運存、計數(shù)、通信、中斷等部件運行。它集合了一臺標準計算機上的基本功能部件，如 CPU（核心中央處理器）、 RAM（隨機存儲器）、 ROM（程序存儲）、 I/O 設(shè)備、中斷系統(tǒng)、定時 /計數(shù)器等部件集中在同一塊芯片上，故又稱為微控制器 MCU（ Microcontroller Unit）。與別的系列不同的是，除了具有 8位核心的 CPU 外，它還擁有一個功能強的位處理器。 目前比較普遍的測距原理：通過發(fā)射出超聲波，由于超聲波具有一定的特征頻率，當超聲波遇到障礙物時就被立即反射回去，超聲波傳感 器感受到反射回來的超聲波，然后計算從發(fā)射到接收回來的時間，用時間乘以超聲波的波速，進而求出了測距點與障礙物之間的距離，目前用此原理研究出來的產(chǎn)品很多，例如超聲波測距模塊，超聲波汽車倒車雷達裝置等。在大多數(shù)對聲波速度準確率要求不高的情況下，我們設(shè)定聲速為 340m/s，而在超聲波測距系統(tǒng)中，想要獲得更高的準確率，就要求提供準確的超聲波傳播速度。 超聲波測距系統(tǒng)的時間準確性主要由 STC89C52RC 的系統(tǒng)定時周期決定，傳播時間為系統(tǒng)周期乘以脈沖個數(shù)，為了提高測量準確度，本設(shè)計所選晶振的頻率為 12MHz。另外，壓電芯片導電是靠貼在兩邊的鍍銀層實現(xiàn)。正壓電效應(yīng)（壓電材料受力后產(chǎn)生電荷）與逆壓電效應(yīng)（壓電材料受到電場時，會變 形產(chǎn)生機械效應(yīng)），它們是壓電式傳感器的原理，當壓電陶瓷芯片受到一定 頻率的電壓脈沖時，機械振動就會產(chǎn)生 相同的頻率，超聲波就是由這種振動生成的，相反，如果將超聲波施加在壓電陶瓷芯片上，由于逆壓電效應(yīng)，芯片就會產(chǎn)生機械形變，因而芯片產(chǎn)生與施加在其上頻率相同的電信號。超聲波傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)處理方便、價格便宜、實現(xiàn)簡單，因此廣泛應(yīng)用于電子測距行業(yè) [13]。探頭的功能就是發(fā)射與接收超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播中遇到障礙物后利用它的強方向性立即返回，返回的超聲波被傳感器接收，然后將其轉(zhuǎn)換成電信號 [12]。與自然光、紅外光等在測量方面的作用相比較， 超聲波介質(zhì)的穿透能力相當大，不管是液體還是固體中，超聲波可以達到十幾甚至幾十米的穿透深度，無論是氣體、液體還是固體對超聲波都沒有太大限制， 所以超聲波測量不僅安全、可靠、穩(wěn)定，還可以節(jié)約成本，給 人們帶來更大的方便 [11]。 第 6章 是 測量結(jié)果及誤差分析 。 第 2章簡單介紹了超聲波測距相關(guān)概念、 工作原理 及 系統(tǒng) 設(shè)計思路 。 論文的設(shè)計內(nèi)容及章節(jié)安排 論文的研究內(nèi)容 本設(shè)計利用超聲波反射原理實現(xiàn)無接觸測距， 基于 STC89C52RC 單片機，目的旨在