【正文】 值的思考。 在信息 爆炸的年代， 知識(shí) 在飛速的更新，有可能我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的知識(shí)已經(jīng)過(guò)時(shí)很多年， 但為什么 還要學(xué)習(xí)這些知識(shí)， 這種行為 并不是沒(méi)有意義的，它讓我們學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)方法，在掌握 前人 知識(shí)的基礎(chǔ) 上 ，我們可以更好更快地創(chuàng)造。學(xué)校的 教育 是有限的，更重要的是我在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)的獨(dú)立思考 、 獨(dú)立完成任務(wù)的能力 以及 終生學(xué)習(xí)的信念。 經(jīng)過(guò) 多次 測(cè)試 調(diào)試，與實(shí)際溫度對(duì)比 、 實(shí)際距離對(duì)比，該設(shè)計(jì)能夠在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作，并測(cè)出距離 ， 并且誤差小于 3 毫米 。 C，設(shè)定報(bào)警距離 。然后 依照原理圖對(duì)應(yīng)放置各元件，此過(guò)程中先安放、焊接低層 元件 ， 最后焊高層的和 要求較高的元件。 21 第五章 系統(tǒng) 的 調(diào)試 與 測(cè)試 安裝 按電路圖 購(gòu) 買(mǎi)好元件 后， 首先 需要 檢 測(cè) 元件 是否 完 好。 是否 小于超聲波報(bào)警距離 將 測(cè)得距離 與 報(bào)警值進(jìn)行比較，如小于報(bào)警值，則進(jìn)行報(bào)警 。 發(fā)射 超聲波 自動(dòng)讀取超聲波 測(cè)距程序， AT89C52 控制 HC— SR04 指向性 地 發(fā)射超聲波 并且記錄時(shí)間，待捕捉到回波時(shí)終止計(jì)時(shí)，算得回波時(shí)間。因此 轉(zhuǎn)換 在 可以允許 的 范圍內(nèi)， 單線總線上附加數(shù)據(jù)的傳輸，如圖 15 所示的硬件結(jié)構(gòu) 。利用時(shí)間差計(jì)算法算出距離。其中 VCC 能夠 提 供 ， GND 為 接地 ， TRIG 可以觸發(fā)輸入信號(hào)， ECHO 14 則為含有回波信號(hào)的四條線。該模塊 能夠自動(dòng) 發(fā)送 8 個(gè) 頻率 40KHz 的 方波 ， 且處于 工作狀態(tài)是 檢測(cè) 是否 有 回波 信號(hào) 。 主 控制系統(tǒng)電路如圖 6 所示。當(dāng)時(shí)大三的學(xué)長(zhǎng)們?cè)谧鲋悄苘嚕实难葜v和 有趣的知識(shí)吸引了我，也讓我對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生了興趣。 使用 HC— SR04 超聲波模塊 12 用 3 節(jié)干電池供電。缺點(diǎn)使用復(fù)雜，需要專門(mén)的編程軟件，成本高控制復(fù)雜，不便于普及。 DS18B20數(shù)字溫度輸出這種獨(dú)特的方法允許多個(gè) DS18B20 容易 建立傳 感器網(wǎng)絡(luò)，從而 提供更多地可能 性給 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng) 的建 立和組合 。但 其操作較為復(fù)雜。 對(duì)于此系統(tǒng)我們要求 不僅能顯示測(cè) 量距離、溫度，還要顯示報(bào)警距離的設(shè)定 ， 故 用 物美價(jià)廉 的 LCD1602 顯示， 充分發(fā)揮出 LCD的顯示優(yōu)勢(shì) 。由于數(shù)字顯示速度快 、 簡(jiǎn)單易用 、 簡(jiǎn)潔的顯示 等特點(diǎn)使它得到廣泛應(yīng)用。所以我們放棄了這個(gè) 方案 。 3. 電源模塊 出 于 本設(shè)計(jì)使用便捷性的考慮，選擇便攜電源供電，故提出以下兩種供電方案 。故 放棄 此方案。 所以 ， 較為理想的是第 二個(gè)方案。出于這個(gè)原因，我們不使用這種方案的， 所以產(chǎn)生 第二 個(gè)方案 。 CPLD 具有速度快、易于編程、資源豐富、 開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可以用 VHDL 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)編寫(xiě)。 ： 3mm 超聲波 測(cè)距 可能 因?yàn)檎系K物不規(guī)則 、 溫度影響 等原因 影響測(cè)量精度，本設(shè)計(jì)添加了 9 溫度補(bǔ)償模塊 ，大大提高了測(cè)量精度 ， 知道 老師 要求 精度 優(yōu)于 1％ ，考慮 到在實(shí)際中的應(yīng)用，我查取了相關(guān)資料，覺(jué)得控制在 3mm 誤差范圍內(nèi) 是比較合適且 可實(shí)現(xiàn)的。目前主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)，導(dǎo)航失明，視力矯正等。該系統(tǒng)的控制是很容易的、可靠的、 測(cè)距精度 高、可讀性和流程明了 等 優(yōu)勢(shì)。 應(yīng)用 如倒車?yán)走_(dá)，當(dāng)車尾離 障礙物的 實(shí)際 距離小于一定值后，倒車?yán)走_(dá)會(huì)報(bào)警提示。 超聲波接收 模塊以及超聲波發(fā)射模塊就相當(dāng)于人的眼睛 ， 是獲取外部信息最主要的通道 。 圖 5 系統(tǒng)功能方框圖 主控制 模塊由 AT89C52 構(gòu)成 ， 就 相當(dāng)于人的大腦 ， 主要起到控 制 協(xié)調(diào)各模塊作業(yè)的作用 。在這個(gè)設(shè)計(jì)中的核心 模塊是 單片機(jī) 。報(bào)警通過(guò) 什么實(shí)現(xiàn)，用什么方式 ， 如何判定 ，這便成為我研究的另一個(gè)問(wèn)題。 因?yàn)?本設(shè)計(jì)研究的是短距離測(cè)距，那么如果在發(fā)射波后，一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到回射波，我們就判定為超距， 結(jié)束 本次 作業(yè) ，返回清零，重新開(kāi)始測(cè)距。因?yàn)槌暡y(cè)距 系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，其在車輛倒車?yán)走_(dá)的制造 上 也已被廣泛使用。 圖 4 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 5 聲壓在不同距離下的衰減特性 6 1． 3 主要研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵問(wèn)題 因?yàn)槌暡z測(cè)更加快捷、 便 利， 并且 運(yùn)算 簡(jiǎn)便 ，更易完成實(shí)際控制。 當(dāng)電壓被施加到壓電陶瓷，用 于 機(jī)械 形變 的電壓 與 頻率 將會(huì) 改變 。 圖 3 超聲波傳感器的輻射特性 分析以上研究結(jié)果不難看出超聲波傳感器工作在 40KHz 范 圍內(nèi)具有最大的聲壓級(jí)和最高的靈敏度，這為設(shè)計(jì)中選擇合適的超聲波傳感器指明了方向。然后，測(cè)量角度與聲壓 (靈敏度 ) 之間的關(guān)系。 圖 1 超聲波傳感器的聲壓圖 2．靈敏度特性 靈敏度是一個(gè) 用來(lái) 表示聲音接收級(jí)的單位，如 下式所列 。無(wú)需多言 ， 未來(lái)的超聲波傳感器、 自動(dòng)化智能集成 聯(lián)合 其他的傳感器 ，可以實(shí)現(xiàn) 多傳感器的 一體化協(xié)同作業(yè) 。這是一個(gè)蓬勃發(fā)展的技術(shù)和工 業(yè)領(lǐng)域 ，有著無(wú)限 的發(fā)展前景。 超聲波較之于 其他機(jī)械波 ， 具有以下特有性質(zhì) ：超聲波 為定向傳播， 繞射 少，反射能力強(qiáng)；超聲波衰減很小，穿透能力強(qiáng) ， 在空氣中傳播速度 較慢 ，也可 在 液體固體 中傳播 ；當(dāng)超聲波 從 一種介質(zhì) 入 射到另一種 介質(zhì) 時(shí)，由于在兩種 介質(zhì) 中的傳播速度不同， 在介質(zhì)面上 會(huì) 產(chǎn)生反射 、 衍 射 等現(xiàn)象 。 超聲波 測(cè)距 在現(xiàn)實(shí)生活中某些特殊場(chǎng) 合 ， 有 些傳統(tǒng)的 測(cè)距 方式存在 著難以 克服的 缺陷，例如電極法測(cè)量液位，運(yùn)用 差位分布電極， 通過(guò) 給電或 發(fā)射 脈沖 來(lái) 進(jìn)行 液面 檢測(cè) ， 由于 電極 長(zhǎng)時(shí)間浸泡在液體中，非常容易被腐蝕和電解， 進(jìn) 而失去靈敏性。 4． 衰減 在 空氣中 傳播 的超聲波 ，會(huì)因?yàn)樵?球形表面上 發(fā)生 衍射現(xiàn)象導(dǎo)致 能量擴(kuò)散損失 ， 也會(huì)因介質(zhì) 吸收 能量造成吸收損失， 并且 波強(qiáng)衰減量 與距離 是 成正比 的。 其中 “ c”為 聲波傳播速度 （ m/s） ， “t” 表示 溫度（℃） 。但是像 布匹 、 棉毛 等 材料 ，它本身 吸收超聲波，用超聲波來(lái)檢測(cè)它們 很困難 。在 波 傳播 的 速度 比較低 的 情況下，波長(zhǎng)非常短， 更容易辨識(shí) ， 如果 用超聲波來(lái)測(cè)距， 也就 代表 著我們能夠在 距離和方向 上 獲得 更高的分辨率。 超聲波 能夠 在固體、液體和氣體中 傳播 ， 不同 的傳播 介質(zhì) 傳播 的 速度 不相同 。通常每秒聲波振動(dòng)的 次數(shù) 被稱為頻率，單位是 Hz。 關(guān)鍵詞： 超聲波； 測(cè)距儀 ； AT89C52； DS18B20； 報(bào)警 Design and Realization of ultrasonic range finder based ABSTRACT The design objective is to design and implement microcontroller based ultrasonic range finder. The main use of AT89C52, HCSR04 ultrasonic sensor alarm system plete ranging production. We AT89C52 as the main chip, by calculating the roundtrip time ultrasound to measure the distance to obstacles in front of, and displayed in the LCD. SCM ultrasonic transmitter. Then the microcontroller for processing operation to measure the distance and set alarm values are pared to judge distance, when measured distance is less than the set value, AT89C52 issue mands to control the buzzer alarm, and control each member refresh AT89C52 measured values. Because at different temperatures, ultrasonic wave propagation velocity is a difference, so we DS18B20 temperature measurement by the temperature pensation unit, reducing errors due to temperature changes, and improve measurement accuracy. Good design can achieve precise range ultrasonic distance within 4m, proven error is less than 3mm. Keywords:Ultrasonic； Location； AT89C52。 單片機(jī) 控制超聲波的發(fā)射。 我們 以 AT89C52 作為主控芯片，通過(guò)計(jì)算 超聲波 往返時(shí)間從而測(cè)量 與 前方障礙物 的距離 ， 并 在 LCD 顯示 。 超聲波測(cè)距儀可以 實(shí)現(xiàn) 4m以內(nèi) 的精確 測(cè)距 ，經(jīng) 驗(yàn)證誤差小于 3mm。 附錄 ............................................................................................................................................. 26 附錄 1 整機(jī)電路原理圖 ......................................................................................................... 26 附錄 2 超聲波溫度和速度的關(guān)系 ........................................................................................... 27 附錄 3 部分源程序 ................................................................................................................ 29 1 第一章 前言 課題背景及意義 超聲波 特性 眾所周知， 振 動(dòng)產(chǎn)生聲波。 超聲波是一種超越 人類聽(tīng)力極限的聲波， 頻率 大于 20KHz， 是 在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩 。 電磁波 傳播 的 速度 非常快 ， 高達(dá) 3 108m/s，但是聲波 傳播的速度很慢， 在空氣中常溫 常壓下 僅 為 343m/s（ 20℃、 101KPa）。 因?yàn)榻饘?、水泥、玻璃、木材、橡膠與紙能夠 反射 將近 100%的超聲波 ， 用超聲波能夠 很 輕 易 地找到這些對(duì)象。 3． 溫度效應(yīng) 超聲波在空氣 中傳播是 隨環(huán)境 溫度溫 度 變化 的， 可以用 c =+（ m/s） 來(lái)表示 聲波 的 傳播速度 。 超聲波在 空氣中傳播 時(shí) ，溫度與速度的 關(guān)系 會(huì)在附錄中， 供 查閱 。由此可見(jiàn)超聲 波的衰減特性直接影響了超聲波傳播 的 有效距離。 在這樣的背景下 ，本文設(shè)計(jì)了一款基于 AT89C52 單片機(jī)的低成本、高精度、微型化的超聲波測(cè)距儀。 雖然 目前的技術(shù)水平，人 類 利用 超聲波傳感器 的技術(shù) 成果 還是很有限的， 但是 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲波傳感器 的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛 。 聲納 定位 的 精度 的提高，可以滿足 未來(lái) 秘密武器 進(jìn)行打擊的需要 。 .= 20logP/Pre (dB)式中 ,“ P”為有效聲壓 (μ bar)，“ Pre”為參考聲壓 (2 104μ bar)如圖 1所示為幾種常用超聲波傳感器的聲壓圖。 4 圖 2 超聲波傳感器靈敏度示意圖 3．輻射特性 把超聲波傳感器安裝在臺(tái)面上。圖 3展示的 是 幾種常見(jiàn) 的 超聲波傳感器的輻射特性。 諧振器是圓錐形的，目標(biāo)是 可以有效輻射因振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波 ，而且能夠有效地聚合超聲波 于振動(dòng)器中心 。反向操作，即將超聲波振動(dòng)施加到雙壓電晶片元件，就會(huì)產(chǎn)生 電信號(hào)。也因此要求系統(tǒng)必須能夠及時(shí)獲取障礙物的位置信息（距離和方向）。 主要有以下問(wèn)題需要解決 ： 1． 超聲波 回波 檢測(cè) 超聲波信號(hào) 發(fā)送后，會(huì)在障礙物表面 進(jìn)行 反射和衍射， 有些 反射波 可能會(huì) 經(jīng)過(guò)多次反射 ，超聲波 接收器 會(huì) 接收到多個(gè)回波信號(hào)，如何 在 眾多回波中正確辨 別 是一個(gè)難點(diǎn) 。 當(dāng) 測(cè)量距離小于一定范圍時(shí)，屬于危險(xiǎn)范圍，因?yàn)椴徽撌菣C(jī)器人還是 汽車 ，在 與 障礙物距離很近時(shí)，由于慣性 原因難以 避免與其相撞，所以 與 障礙物 相距 一定范圍內(nèi)時(shí)，要求系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警 。主要由 MCU 控制單元 、 溫度補(bǔ)償 模塊、 超聲波模塊 、按鍵輸入模塊 、顯示模塊、報(bào)警模塊等組成 。系統(tǒng)總