【正文】 溫電路六部分組成的系統(tǒng)。如果這個(gè)角度不是 0 度，系統(tǒng)測(cè)量到的距離是被測(cè)物與接收探頭之間的距離而不是和測(cè)量參考面之間的距離，這就會(huì)造成測(cè)量誤差。晶體振蕩器的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度為百萬(wàn)分之 20 到百萬(wàn)分之 50級(jí)別，對(duì)于音速而言，其帶來(lái)的誤差在 mm級(jí)。 這是由于檢測(cè)電路的靈敏度和判斷偏差。 超聲波回波聲強(qiáng)影響 超聲波回波聲強(qiáng)與被測(cè)物的距離有直接的關(guān)系。 量化誤差 即參考頻率計(jì)數(shù)結(jié)果的誤差，由于選擇的單片機(jī)計(jì)時(shí)時(shí)鐘頻率為 12MHz，有量化誤差為 ，符合測(cè)距要求范圍。 （ 2）對(duì)各個(gè)需要賦值模塊調(diào)試時(shí)，賦入初值，單步調(diào)試，觀察仿真器窗口，看輸出結(jié)果是否為設(shè)計(jì)時(shí)想要的結(jié)果。 顯示模塊與報(bào)警模塊 測(cè)試 通過(guò)軟件編寫(xiě) 1602 液晶顯示程序與聲音模塊程序，結(jié)合硬件電路運(yùn)行，檢測(cè)顯示模塊是否正常運(yùn)行， 1602 液晶顯示是否損壞，蜂鳴器是否可以正常發(fā)出警報(bào)。 上電測(cè)試 由于系統(tǒng)中各模塊的電源電壓均要求為＋ 5V，所以可同時(shí)直接將＋ 5V 直流電源接入系統(tǒng)中。 短路與虛焊檢測(cè) 檢測(cè)工具為萬(wàn)用表，使用萬(wàn)用表的短路報(bào)警功能，逐個(gè)檢測(cè)相臨的兩個(gè)焊接點(diǎn)是否短路。 軟件調(diào)試步驟是先對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。 當(dāng)距離 小于 40 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 厘米 時(shí) ，蜂鳴器開(kāi)報(bào)警 ；否則，關(guān)閉蜂鳴器警報(bào)。當(dāng)距離在 10 厘米到 5 米之間時(shí)，則顯示所測(cè)距離；當(dāng)所測(cè)距離不在這個(gè)范圍之內(nèi)時(shí)，就會(huì)顯示 Error，接著返回主程序。讀取 DS18B20 所測(cè)溫度值，啟動(dòng)溫度 轉(zhuǎn)換之后將溫度轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，將溫度顯示后返回主程序。同時(shí)由于電路的測(cè)量距離有限最 遠(yuǎn)為 5 米，當(dāng)測(cè)量距離超出 5米時(shí)，接收探頭就不能檢測(cè)回波，即不能產(chǎn)出外部中斷更不可能關(guān)閉定時(shí)器。初始化開(kāi)始， 分別設(shè)置 T0 和 T1 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 的工作模式為計(jì)數(shù)和定時(shí)之后，開(kāi)啟 T0和 T1 中斷。 （ 5）判斷報(bào)警子程序。 （ 3）溫度采集子程序。 該系統(tǒng)主程序需調(diào)用以下子程序： （ 1）系統(tǒng)初始化子程序。然后調(diào)用溫度測(cè)量子程序，得出當(dāng)前環(huán)境的溫度。由其組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 圖 39 報(bào)警模塊原理圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 電源模塊 本設(shè)計(jì)的電源是由 6V 的蓄電池所提供，而單片機(jī)和外圍電路所需的電壓是5V,所以電源模塊的作用是將蓄電池的電壓 6V 降低到單片機(jī)和外圍電路所需要的 5V,給單片機(jī)和外圍電路提供合適的電壓。 單總線數(shù)據(jù)通信 以上兩個(gè)特點(diǎn)使得本次設(shè)計(jì)中，溫度可以測(cè)得相對(duì)較精確的溫度值，超聲波測(cè)距更為準(zhǔn)確，同時(shí)單總線的數(shù)據(jù)通信方式也有 效地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)的接線。 溫度補(bǔ)償模塊 由于超聲波的傳播速度容易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響， 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 其中受溫度的影響較大。使用時(shí)，可將 P0與 LCD的數(shù)據(jù)線相連， P2 口與 LCD 的控制線相連，如圖 37所示。但是，為防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回收信號(hào)的影響，本超聲波集成模塊的測(cè)量周期最好定在 60ms 以上 。另外，此模塊可以自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40kHz 的方波脈沖，并能夠自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回，如果檢測(cè)到有信號(hào)返回則通過(guò) I/O口輸出高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時(shí)間，則所測(cè)量的距離 =（高電平時(shí)間聲速） /2。而且，它的感應(yīng)的角度不大于 15176。 CX20216A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而 且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 圖 35 超聲波發(fā)射電路電路圖 超聲波接收電路 由于超聲波在空氣中的傳播過(guò)程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱，因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，產(chǎn) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 生超聲波。接收超聲波時(shí)，超聲波的振動(dòng)集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過(guò)金屬板 (振動(dòng)板 )接到一個(gè)電極端，下面用引線直接接到另一個(gè)電極端。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 超聲 波測(cè)距模塊 超聲波傳感器介紹 超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。為確保單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定且可靠地工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路可分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，本設(shè)計(jì)為考慮周全，采用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式。但在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN___________ 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 將不會(huì)有脈沖輸出。 表 31 P3各口線與專(zhuān)用功能表 I/O 功能 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入 ) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入 ) WR（ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ） RD（ 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ） （ 5） 其它控制或復(fù)用引腳 ○ 1 ALE（ 30）： 地址鎖存有效信號(hào)輸出端。 P3 口 （ 10～ 17） 也是一個(gè)帶內(nèi) 部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口能驅(qū)動(dòng)4個(gè) LSTTL 負(fù)載，這 8個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)的第二功能。對(duì) 于輸出功能，在單片機(jī)工作的時(shí)候，可以通過(guò)用程序指令控制單片機(jī)引腳輸出高電平或低電平。復(fù)位后的 P0口至 P3口均置于高電平，這時(shí)程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。 GND（ 20）：接地端。 單片機(jī)控制模塊 STC12C5A60S2 單片機(jī) STC12C5A60S2 單片機(jī) 是 高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。 經(jīng)比較，單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，多點(diǎn)測(cè)溫，供電方式靈活，宜采用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 常用的溫度采集元器件為熱敏電阻和 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 （ 1）液晶顯示屏顯示 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 液晶顯示屏是帶有字庫(kù)的高性能顯示器件，它可以顯示數(shù)字、字母、漢字和圖片等，但是液晶顯示屏屬于反光式的，在外界光線過(guò)亮?xí)r容易看不清。頻率取得太高，在傳播的過(guò)程中衰減較大，檢測(cè)距離越短，分辨力也變高。一般電子市場(chǎng)上出售的超聲波傳感器常見(jiàn)的有收發(fā)一體式和收發(fā)分體式兩種。例如，如果信號(hào)線取電只能提供幾 毫安 的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個(gè)時(shí)候選用 STC 的 單片機(jī)是最合適的。例如：對(duì)于程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，最好選用的是 Flash的 存儲(chǔ)器。目前，市面上的單片機(jī)的種類(lèi)繁多，并且他們?cè)诠δ芊矫嬉彩歉髯杂懈髯缘奶攸c(diǎn)。它有很強(qiáng)的接口性能和位尋址運(yùn)算功能，非常適合于控制應(yīng)用的場(chǎng)合，因此又叫微控制器（ MCU）。 由超聲波測(cè)距時(shí)序圖可以看出，超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在 T0 時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)主要采用 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送和接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波測(cè)距的方法測(cè)量物體之間的距離。s1 313 319 322 331 337 344 350 所以， 本次 設(shè)計(jì) 我們考慮 到 溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確。 溫度補(bǔ)償 在常溫下，超聲波的傳播速度 約 為 340m/s，但其傳播速度 v容 易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等 環(huán)境 因素的影響。 采用相位比較法時(shí)，測(cè)距精確度有了很大的提高，但這種方法本身存在明顯的缺陷。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物 后 返回 的 過(guò)程中所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到 2倍的超聲波 發(fā)射 源與障礙物之間的距離。 超聲波發(fā)射器以與水平方向成θ角度對(duì)外發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到返回波就立即停止計(jì)時(shí)。 超聲波測(cè)距的方法有多種：如 脈沖回波 法、相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 ,對(duì)硬件與軟件調(diào)試進(jìn)行分析 以及對(duì)誤差進(jìn)行分析。對(duì)超聲波 測(cè)距系統(tǒng)的控制模塊進(jìn)行介紹， 并 具體討論了超聲波測(cè)距模塊中的超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路的硬件設(shè)計(jì)，最后介 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 紹了顯示模塊電路 、溫度采集模塊、電源模塊 和蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。包括課題的背景， 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ，研究?jī)?nèi)容與方法，論文內(nèi)容說(shuō)明等。 設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距系統(tǒng)能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離，以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離 。隨著超聲波回波信號(hào)處理方法的不斷完善，如何研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進(jìn)一步拓寬超聲波測(cè)距的應(yīng)用空間，作為解決超聲波測(cè)距系統(tǒng)不足的根本手 段，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注。HpAWK 產(chǎn)品以它尖端的技術(shù)穩(wěn)定可靠的工作質(zhì)量，在化工、電力、冶金、煤礦、碼頭、水處理、輕工及食品衛(wèi)生等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 由于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)測(cè)距、機(jī)械加工自動(dòng)化等方面的需求， 機(jī)器人通過(guò)感知系統(tǒng)察覺(jué)前方障礙物以及周?chē)h(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)繞障﹑自動(dòng)尋線﹑測(cè)距等功能的需要，這使得超聲波測(cè)距方面的技術(shù) 得到很大的發(fā)展。在第一次世界大戰(zhàn)中聲納技術(shù)被應(yīng)用到戰(zhàn)場(chǎng)上的，用來(lái) 偵查 潛伏在水底潛艇。通過(guò)簡(jiǎn)單 的外圍電路 實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 生和接收超聲波 的功能 ，單片機(jī)通過(guò)采樣 測(cè) 取 得 到超聲波 的 的傳播時(shí)間，用軟件來(lái)計(jì)算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)距補(bǔ)償，其測(cè)量電路 具有精 巧，精度高，反映速度快，可靠性好 等優(yōu)點(diǎn) 。它主要應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)﹑測(cè)距儀﹑物位測(cè)量?jī)x﹑移動(dòng)機(jī)器人研制﹑ 海洋水聲 ﹑建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等，例如：距離﹑井深﹑液位﹑管道長(zhǎng)度﹑流速等場(chǎng)合。近年來(lái)，隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與 日趨 成熟，其在 新型 材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過(guò)程的強(qiáng)化以及 污水 廢水處理等領(lǐng)域都 取 得了廣泛的應(yīng)用。 超聲波 在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播 時(shí)， 衰減較慢，傳播較遠(yuǎn)。 它 有兩種 形式：橫向振蕩及縱向振蕩。 關(guān)鍵字： 傳感器 ， 超聲波測(cè)距 , 單片機(jī)， STC12C5A60S2 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II ABSTRACT Sensor technology is one of the main contents of modern information technology,information technology, including puter technology, munication technology and sensor technology, sensor is the most important link for realizing automatic detection and automatic control, such as temperature sensor, photoelectric sensors, humidity sensors, ultrasonic sensors, infrared sensors, pressure pickup, the ultrasonic sensor has a wide application, mon measurement in the. Ultrasonic ranging is a use of acoustic properties, electronic counter,photoelectric switch are bined to realize the noncontact distance measurement. Ultrasonic as strong point, slow energy consumption and spread in the medium distance, and therefore frequently used to measure the distance of the object level, thickness,etc.. This paper introduces the principle and