【正文】 。由于超聲波指向性強 ,因而常于距離的測量。斯帕拉捷怎么也不會想到，自己的實驗，會給人類帶來如此巨大的恩惠。原來，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽不見的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來。 最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把他們放到夜空中。然而事實完全出乎他的意料。帕斯拉捷匆匆吃完飯，便走出街頭，把籠子里的蝙蝠放了出去。 知道人類第一次真正“認(rèn)識到”超聲波是怎么樣的呢？這要歸功于意大利科學(xué)家斯帕拉捷。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為 20～ 20，000赫茲。軟件設(shè)計方面采用 MCS51 語 言，通俗易懂。整個設(shè)計對其它所用器件也進行了介紹和對比。而且這個測距系統(tǒng)還可以經(jīng)過簡單的修改就能實現(xiàn)其它的檢測要求。 本文論述了采用單片機技術(shù)研制成功的用超聲波測距儀的基本原理，測量計算方法簡單，實現(xiàn)方案容易。 可靠性好，適應(yīng)范圍廣，單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它原件無法比擬的。 無論從精度還是從可靠性方面，超聲波測距做得都比較好。因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，可解決超長度的測量。因此在液位測量，機械手控制，車輛自動導(dǎo)航，物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。且對被測元件無磨損，使測量儀器牢固耐用，使用壽命加長，而且還降低了能量消耗，節(jié)省人力和勞動的強度。前幾種方法由于技術(shù)難度大，成本高，一般僅用于軍事工業(yè)，而超聲波測距由于其科研技術(shù)難度相對較低，且成本低廉，適于民用推廣。 在測量方面，尤其工業(yè)，據(jù)了解，我國一些工業(yè)領(lǐng)域曾經(jīng)使用過接觸式測量儀，但普遍存在著這樣一些問題，抗粉塵能力差，觸點接觸不良，經(jīng)常失靈，誤動作，不可調(diào)整，容易被雜物纏繞而誤報等缺點，工作不可靠，影響 設(shè)備的正常使用。 關(guān)鍵字： 超聲波 渡越時間法 AT89S51 CX20206A TCT4010 DS18B20 II AT89S51 MCUBASED DESIGN OF ULTRASONIC RANGE FINDER Abstract： We know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the sound frequency between 20 ~ 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20200 Hz or less than 20 Hz, we can’t listen it. We have higher than 20200 Hz frequency sound waves known as Ultrasonic. The sound wave which we can listen and ultrasonic have the same essence, they are also a mechanical vibration. Their difference is that the ultrasonic have a highfrequency and a short wavelength, furthermore it is high directivity, concentrated energy, and free form light and dust, such as electromagic interference from external factors, etc. Therefore, ultrasound can be used for noncontact measurement, the use of ultrasound in the calculation of the measured objects and the transmission between the ultrasonic probe to measure the distance of the measured target without damage. This paper mainly introduces singlechip based on the AT89S51, auxiliary CX20206A infrared receiver to a dedicated amplifier and TCT4010 ultrasonic sensor designed ultrasonic range finder. Ranging general principle of the method used: transittime method TOF (time of flight) to measure objects with the sound source distance. Measuring the distance about 5m, the measurement accuracy of about . Key words： ultrasonic time of flight ultrasonicsensor AT89S51 CX20206A TCT4010 DS18B20 III 目 錄 一、引 言 ................................................................... 1 （一）課題背景 .............................................. 1 （二）課題研究目的和意義 .................................... 4 （三）研究內(nèi)容以及方法原理 .................................. 4 （四）論文完成的工作 ........................................ 6 二、總體方案設(shè)計 ............................................................ 6 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計 ............................................................ 7 （一）單片機 AT89S51 的基本設(shè)計 .............................. 7 （二） CX20206A 紅外接收放大模塊的設(shè)計 ...................... 11 （三） TCT4010 超聲波傳感器的設(shè)計 ........................... 13 （四） DS18B20 溫度傳感器的設(shè)計 .............................. 15 （五） LED 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計 .............................. 17 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................... 18 五、總結(jié)與未來展望 ......................................................... 20 致 謝 ...................................................................... 21 附 錄 ..................................................................... 22 參 考 文 獻 ................................................................ 32 1 基于 AT89S51 單片機的超聲波測距儀設(shè)計 一、引 言 （一） 課題背景 隨著工業(yè)，建筑業(yè)，農(nóng)業(yè)建設(shè)的不斷發(fā)展，距離測量頻率的不斷提高，一些在早期社會，曾被人類廣泛應(yīng)用的米尺不在滿足人類的要求，就出現(xiàn)了現(xiàn)在人類所 應(yīng)用的間接測量工具。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。其不同點是超聲頻率高，波長短，具有方向性強、能量集中、不受光和電磁波以及粉塵等外界因素的干擾等優(yōu)點。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為 20～ 20200 赫茲?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單 位是赫茲。 超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動 。 正由于這樣，目前對于超 聲波精確測距的需求也越來越大，在機械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用。測量距離大概 5m，測量精度約為 。大到無邊宇宙，小到原子，或更加細微的測量區(qū)間，米尺加公式的測量時代早已不能滿足探索的需要，而被人們作為探測行業(yè)的基石。 在信息化，現(xiàn)代化的時代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，非接觸測量出現(xiàn)了微波雷達測距，激光測距及超聲波測距等。這就大大解決了在粉塵多情況下，給人類引起的身體接觸傷害，腐蝕性質(zhì)的被測物對測量 儀器腐蝕，觸點接觸不良造成的誤測情況。超聲波對于被測物體處于黑暗，有灰塵，煙霧，電磁干擾，有毒等惡劣的環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。它在介質(zhì)中傳播的距離較遠。并且更適合與高溫，高粉塵，高濕度和高強電磁干擾等惡劣環(huán)境下工作。 另外，在控制方面，單片機其卓越的性能，要本設(shè)計中得到了很好的體現(xiàn)，尤其在檢測，控制領(lǐng)域中，具有以下特點： 小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能測試，控制設(shè)備及各種智能儀器表。 可以很方便地實現(xiàn)多機制分布式控制。并且靈敏度高，可靠性強。因此本設(shè)計采用了以 AT89S51 單片機為核心低成本，高精度， LED 數(shù)字顯示超聲波測距系統(tǒng)的結(jié)果的硬件電路設(shè)計方法。在文中還詳細介紹了設(shè)計中應(yīng)用到的主要芯片（ AT89S51， CX20206A, TCT4010）的性能和特點。科學(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。這個現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么特殊本領(lǐng)在夜空中自由自在的飛行呢？ 1793 年夏天，一個晴朗的夜晚，喧騰熱鬧的城市漸漸平靜下來。 斯帕拉捷為什么要把蝙蝠的眼睛蒙起來呢？原來，每當(dāng)他看到蝙蝠在夜晚自由自在的飛翔時，總認(rèn)為這些小精靈一定長著 一雙特別敏銳的眼睛，就不可能在黑夜中靈巧的多過各種障礙物，并且敏捷的捕捉飛蛾了。他又捉來幾只蝙蝠，用油漆涂滿它們的全身，然而還是沒有影響到它們飛行。 ?。◎鹪谝归g飛行，捕捉食物，原來是靠聽覺來辨別方向、確認(rèn)目標(biāo)的！ 4 斯帕拉捷的實驗，揭開了蝙蝠飛行的秘密，促使很多人進一步思考：蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“聽”到?jīng)]有聲音的物體呢？ 后來人們繼續(xù)研究，終于弄清了其中的奧秘。超 聲波就像一位無聲的功臣，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。這一設(shè)計就是本著這個宗旨出發(fā) ,利用超聲波的特性來為我們服務(wù)。 （三 ） 研究內(nèi)容以及方法 原理 本課題的研究，是為了利用超聲波，來測量比較有難度的距離，通過一系列原件（ AT89S51, CX20206A ,TCT4010， LED 數(shù)碼管）組成一個測量系統(tǒng)，來達到對困難距離的測量，得到一個精確度在 以內(nèi)的精確距離數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對距離的測量。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。 超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 TOF（ time of flight）。當(dāng)溫度知道的情況下， 通過該式就可以知道該溫度下超聲波的傳播速度了。這導(dǎo)致了在工程應(yīng)用中的一系列問題，如造價高，互換性差，調(diào)試不方便等。 設(shè)環(huán)境溫度為 T0=25 攝氏度，此時超聲波傳播速度為 C0=測量 5m的距離用時 t0=（取 t0=14439us） T= 攝氏度 ,得出超聲波傳播速度為： C=速度誤差為： Δ V=－ 測量 5m產(chǎn)生的距離誤差為： Δd=Δ V t0=－ 2．設(shè)數(shù)字溫度傳感器給出的溫度為 T= 攝氏度，得出超聲波傳播速度為： C=速度誤差為： Δ V=＋ 測量 5m產(chǎn)生的距離誤差為： Δd=Δ V t0=＋ 由此可以看出， 采用溫度補償法測量出的距離精度高，使用方便 。 。 所以， 本設(shè)計主要采用 AT89S51 單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù) 7 字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器完成 。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。 此外， AT89S51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟 件設(shè)置省電模式。