【正文】 ............. 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 ............................................................................................................... 8 發(fā)射電路設計方案 .......................................................................................................... 9 接收電路設計 ..................................................................................................................... 9 單片機顯示電路設計 ....................................................................................................... 11 LCD 顯示部分 ............................................................................................................ 15 第 4 章 軟件設計和測 量結(jié)果分析 ........................................................................................... 16 系統(tǒng)軟件設計 ................................................................................................................... 16 實現(xiàn)重要功能的程序分析 ............................................................................................... 20 實現(xiàn)溫度讀取功能 .................................................................................................... 20 實現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 ............................................................................................ 20 實現(xiàn)距離計算 ............................................................................................................ 21 系統(tǒng)原理圖 ................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。超聲波是指頻率在 20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應用。 2第 2章 超聲波測距原理與方法 超聲波簡介 超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機械、以及材料科學為基礎的、各行各業(yè)都可使用的通用技術(shù)之一。 超聲波的三種形式 超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的 振蕩波：橫波，質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波，質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波；表面波，質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用 (1) 機械作用 超聲波傳播過程中，會引起介質(zhì)質(zhì)點交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機械效應。 超聲波傳感器介紹 總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 21超聲波傳感 器外部結(jié)構(gòu) 圖 22超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 超聲波測距原理及結(jié)構(gòu) 電能或機械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。反之，如果兩電極間未外加電壓，當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，就成為超聲波 4接收器。本設計采用往返時間檢測法測距。 s－ 1 表示，則有關系式 (21) s=vt／ 2 (21) 在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，按式 (22)對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應變，從而產(chǎn)生超聲振動。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為兒交流電壓， 它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率? o。 超聲波傳感器采用雙晶振子，即把雙壓電陶瓷片以相反極化方向粘在一起，在長度方向上，一片伸長另一片就縮短。金屬板的中心有圓錐形振子，發(fā)送超聲波時，圓錐形振子有較強的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波 。一般電子市場上出售的超聲波傳感器常見的有收發(fā)一體式和收發(fā)分體式兩種。頻率取得太高，在傳播的過程中衰 減較大，檢測距離越短，分辨力也變高。綜合以上分析，本設計將采用渡越時間法。 在本系統(tǒng)中利用 AT89S52 中的定時器測量超聲波傳播時間，利用 DS18B20 測量環(huán)境溫度，從而提高測距精度。減小發(fā)射脈沖寬度，可以提高測量精度，減小測量盲區(qū)，但同時也減小了發(fā)射能量，對接收回波不利。s(4 個 40KHz 方波脈沖 )， 200181。s(8個 40KHz方波脈沖 )發(fā)射脈沖寬度 。 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件主要由單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測接收電路和溫度補償電路四部分組成。由于單片機端口輸出功率很弱，在此電路上加功率放大電路使測量距離滿足要求，驅(qū)動超聲傳感器 UCM40T1 發(fā)射超聲波距離足夠遠。通過單片機編程將內(nèi)部計數(shù)得到的時間數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為距離信息，通過 三 位 LED 數(shù)碼管顯示。發(fā)射部分的電路，如圖 31 所示。為避免超聲波在障礙物表面反射時造成的各種損失和干擾。測距所用超聲波一般都是間斷單脈沖發(fā)射，每測距一次，發(fā)送、接收一次。 傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號損失及接收機的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失 。所以需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大，同時考慮可能出現(xiàn)干擾信號，放大有用信號的同時加入濾波電路，驅(qū)動后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時刻。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器 TL082 及電阻 R2 、 3R 和R? 構(gòu)成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。電路的電壓放大倍數(shù)為 : 23RRUUAiuf ???? (35) 利用反相比例放大器可實現(xiàn)對交直流輸入信號的放大，且電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要調(diào)節(jié) 2R 和 3R 阻值即可實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。 ?? KRP 1 ，即放大電路將輸入信號放大 200 倍。綜合課題的實際要求由數(shù)碼管，通過單片機編程實現(xiàn) 顯示，表示距離的 XXXcm數(shù)值。發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 34（ b）所示；發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽，如圖 34（ c）所示。 問題 3 動態(tài)掃描顯示接口是單片 機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的 (約 1ms)，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管 的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。靜態(tài)掃描顯示編程容易，顯示比較清晰，亮度一般較高 。 74HC574 為三態(tài)輸出 D 型上升沿觸發(fā)器，圖 36 為其引腳圖，在輸入使能端 OE 有效時，當時鐘脈沖 CK 有上升沿跳變，觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將鎖存的 8 路輸入數(shù)據(jù) (即單片機 P2 口送出的字符數(shù)據(jù) )送出顯示。輸入為低電平時，輸出為高電平。將 DS18B20 數(shù)據(jù)線與單片機的 口相連，就可以實現(xiàn)溫度測量，如圖 38 所示。使用時，可將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連， P2口與 LCD 的控制線相連，如圖所示 。 圖 38 DS18B20 溫度測量電路 圖 39 TC1602 液晶顯示電路 16第 4章 軟件設計和測量結(jié)果分析 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)： (1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以及讀取 子程序等部分； (2)基于 YB1602 的顯示模塊，分為初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序； (3)溫度補償與距離計算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補償子程序等； (4)本次設計使用 C 語言編寫程序， C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用 Keil ? Version2 進行程序編譯， Keil 功能強大使用方便。所以系統(tǒng)最小測量約為 112mm； 系統(tǒng)主程序如下： void main(void) { uchar i,j。j255。 sta_flag=0。i++) delay1ms()。 while(i)。 TR0=1。 TR1=0。 count=0。 hextobcd()。i29。 TL0=0xA0。 EA=1。 tu=0。 reset()。tu=1。 } } 實現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 int C_speed(void) { uchar y。 else speed=332T_C*。 cm=TH1*256+TL1。 return cm。,39。,39。,39。,39。,39。 uchar jsh,jsl。 //溫度變量 uchar bdata flag。 //LCD E sbit DQ=P2^7。 void delay()。 uchar B20_RDAT(void)。 //寫入 LCD數(shù)據(jù) void Init_LCD(void)。 //啟動測距 sbit CNT =P2^5。} //關閉定時器 /計數(shù)器 1 /*********定時器 0溢出中斷函數(shù)，每 60MS 溢出 ****************/ void timer0(void)interrupt 1 using 0 //定時器 0 { TH0=0x15。 //計數(shù)器 1清零 sta_flag=1。 _nop_()。_nop_()。_nop_()。_nop_()。 _nop_()。 TR1=1。i29。 TL0 =0xA0。 EA =1。 else c=*temp*。 s=。 fuhao=0。 fuhao=1。 if(fuhao) 25num[12]=num[12]|0x80。 tmp%=1000。 tmp%=10。 B20_WDAT(0x44)。 B20_WDAT(0xBE)。 t = 8。 Delay(10)。 Delay(10)。 } /*******************讀數(shù)據(jù) ******************************/ uchar B20_RDAT(void) //讀取一個字節(jié) { uchar i = 0。 i) { DQ = 0。 Delay(15)。 i 0。 Delay(5)。 temp+=1。 Write_Comm(0x80)。 if((a11)amp。 } Write_Data(d)。b++) { d=dispBUF[b]。 } Write_Data(d)。