【正文】 模塊、報(bào)警模塊以及顯示模塊。1939年發(fā)表了關(guān)于超聲波治療在臨床取得效果的文獻(xiàn)報(bào)道。公開的文獻(xiàn)報(bào)道始見于1957年，到70年代有了各型國(guó)產(chǎn)超聲治療儀，超聲治療法普及到全國(guó)各大型醫(yī)院。 研究目的和意義超聲波既是一種波動(dòng)形式，同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定值時(shí)，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響、改變以致破壞后者的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)用作治療。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。系統(tǒng)硬件主要由電源電路、單片機(jī)主控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊、DS18B20溫度補(bǔ)償模塊以及聲光報(bào)警模塊等。目前國(guó)內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀，但是專用集成電路的成本很高，且沒有顯示，操作不方便。主要介紹系統(tǒng)的功能和總體設(shè)計(jì)方案；第三章：硬件設(shè)計(jì)。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)距離測(cè)量的方法很多，但超聲波測(cè)距以其非接觸式、攜帶方便、簡(jiǎn)單易用等優(yōu)點(diǎn)被人們廣為應(yīng)用。本文章所提出的超聲波測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)了低成本、電路簡(jiǎn)單、使用方便、相對(duì)高的精度等優(yōu)點(diǎn)。：2 系統(tǒng)最終方案通過各個(gè)模塊的分析和論證（詳細(xì)請(qǐng)看第三章），決定系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：控制模塊：采用STC89S51單片機(jī)做主控制器；超聲波發(fā)射接收模塊：HCSR04超聲波模塊；顯示模塊：四位一體共陽(yáng)極數(shù)碼管；報(bào)警模塊：蜂鳴器和發(fā)光LED；溫度補(bǔ)償模塊：DS18B20溫度傳感器芯片。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。AT89C51主要特性 ●與MCS51 兼容●4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器●壽命：1000寫/擦循環(huán)●數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年●全靜態(tài)工作：0Hz24Hz●三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定●128*8位內(nèi)部RAM●32可編程I/O線●兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器●5個(gè)中斷源●可編程串行通道●低功耗的閑置和掉電模式●片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ●外形封裝：40腳PDIP AT89C51各引腳的含義和功能1. 電源引腳VCC和VSSVCC（Pin40）：電源端，正常工作電壓接電源+5V，~。3. 控制信號(hào)引腳（1） RST（Pin9）RST為單片機(jī)內(nèi)部CPU的復(fù)位信號(hào)輸入端。（2） ALE/（Pin30）ALE為低八位地址鎖存使能輸出和編程脈沖輸入端。（3） （Pin29）為訪問外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載，為外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。：當(dāng)=1時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器開始讀取指令；如果外部還有擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，則CPU在執(zhí)行完內(nèi)部程序存儲(chǔ)器程序后，自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器程序。在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口自動(dòng)做為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用；定義為I/O端口時(shí)，需要外接上拉電阻，是準(zhǔn)雙向I/O口；在對(duì)EPROM編程時(shí)，由P0口輸入指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)，P0輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)應(yīng)接上拉電阻）。對(duì)于AT89S52，P1端口的某些引腳還可以有第二功能。（4） ~（Pin10~Pin17）P3口是8位準(zhǔn)雙向并行的I/O口，一個(gè)具有第二變異功能且可位操作的端口。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)能夠工作的最小硬件組合。例如圖3的最小系統(tǒng)中的充電時(shí)間常數(shù)=1010610103s=10ms,此時(shí)間常數(shù)足以使RST在保持為高電平的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)位操作。當(dāng)PNP導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的三極管控制的數(shù)碼管就會(huì)工作，從而數(shù)碼管就會(huì)顯示障礙物到傳感器的距離。（2）當(dāng)TRIG被觸發(fā)時(shí)，模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHZ的方波，并自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。S的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm。檢測(cè)距離=聲速*高電平持續(xù)時(shí)間/2。方案二：采用超聲波接收模塊CX20106A以及超聲波探頭TR40超聲波傳感器的主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。超聲波探頭如圖7所示。聲波發(fā)射角，因而更適合精確檢測(cè)相對(duì)較小的物體。此外，我們還有外置探頭型的超聲波傳感器，相應(yīng)的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷的方式產(chǎn)生40KHZ的方波，發(fā)射電路主要由74LS04反相器和T40超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成，一路經(jīng)一級(jí)反相器輸送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器輸送到換能器的另一個(gè)電極。 74LS04管腳圖 T40超聲波探頭實(shí)物圖 超聲波發(fā)射電路原理圖2. 超聲波接收電路超聲波接收電路主要由專用紅外遙感接收芯片CX20106A和R40超聲波換能器組成。缺點(diǎn)：必須保證接收到的信號(hào)為40KHZ，否則無法解調(diào)。HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊就解決了這個(gè)問題，其發(fā)射信號(hào)的頻率比較穩(wěn)定，發(fā)射超聲波的個(gè)數(shù)比較合理。 聲光報(bào)警模塊 聲光報(bào)警電路主要由一個(gè)有源蜂鳴器、兩個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)PNP三極管等組成。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE和引腳均輸出為高電平。當(dāng)按鍵開關(guān)被按下時(shí)，VCC通過一個(gè)電阻連接到RST引腳，給它一個(gè)高電平信號(hào)，按鍵松開時(shí)，RST恢復(fù)為高電平，復(fù)位完成。由于1Wire具有成本低、節(jié)省I/O口、抗干擾能力強(qiáng)、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn)。●最高12位分辨率?！癖粶y(cè)溫度在10℃~+85℃時(shí)，精度為177?！穹庋b形式多樣。DS18B20是通過一種片上溫度測(cè)量的技術(shù)來測(cè)量溫度的。此后，溫度寄存器的數(shù)值是隨計(jì)數(shù)器1的工作不斷修改的，只有當(dāng)計(jì)數(shù)器2的預(yù)置數(shù)減到0時(shí)，溫度寄存器的溫度值才會(huì)停止變化。 DS18B20對(duì)ROM的操作命令 引腳號(hào)（T092）引腳名稱引腳功能1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3VDD可選VDD引腳，當(dāng)工作在寄生電源時(shí)，該引腳接地 DS18B20的供電方式DS18B20可以采用兩種供電方式，即外部供電方式和寄生電源供電方式。同時(shí)，為了使DS18B20得到足夠的工作電流，應(yīng)給1Wire提供一個(gè)強(qiáng)上拉，一般可以用一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管將I/O線直接拉到電源上。其編寫程序步驟如下：（1） DS18B20初始化；（2） 操作指令讀；（3） 操作指令寫；（4） 溫度轉(zhuǎn)換；（5） 讀取溫度值。因此，本設(shè)計(jì)主要采用C語言編寫。雖然本設(shè)計(jì)的溫度傳感器對(duì)時(shí)間精度要求高，但經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算得出的C語言已被廣泛應(yīng)用，故直接用已有的程序也能做到對(duì)溫度的精確讀取，所以本設(shè)計(jì)全部使用C語言編程。外部中斷0開始中斷，同時(shí)綠燈亮，表明接收到回波，立即停止定時(shí)器0計(jì)時(shí)，保存定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。超聲波發(fā)射程序如下：Trig=1；delay_20us()； Trig=0；超聲波成功接收（外部中斷0）程序如下：INT0_() interrupt 0 // 外部中斷是0號(hào) { outeH =TH0。 超聲波發(fā)射接收程序流程圖 通過單總線訪問DS18B20流程圖第5章 調(diào)試與檢測(cè)第4章介紹了本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，因此本章節(jié)主要講述本系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的成品檢測(cè)與調(diào)試，包括軟硬件測(cè)試、誤差分析、誤差來源、解決方案等。其次，數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)有點(diǎn)閃爍，經(jīng)過延時(shí)調(diào)試仍未能得到解決。當(dāng)量程小于10cm有聲光報(bào)警，距離大于200cm時(shí)數(shù)碼管顯示CCC，溫度大于90℃時(shí)蜂鳴器報(bào)警。實(shí)際中應(yīng)該要使晶振離單片機(jī)越近越好，兩個(gè)電容離晶振越近越好，這樣可以使系統(tǒng)誤差盡可能減小。修正后的聲速公式為：C= （3）式中：為水蒸氣的分壓強(qiáng)，取=105Pa； ；t為測(cè)量的空氣溫度； C為經(jīng)補(bǔ)償后的聲速。為了提高測(cè)量精度，解決的方案有中值濾波發(fā)，如文獻(xiàn)[4]所示；采用溫度、濕度雙補(bǔ)償方法可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量精度，如文獻(xiàn)[5]所示，由于技術(shù)限制，本設(shè)計(jì)只采用溫度補(bǔ)償，但測(cè)量誤差在允許范圍內(nèi)；采用延時(shí)技術(shù)可以解決超聲波發(fā)射極和接收極距離太近所造成的串?dāng)_問題，如文獻(xiàn)[6]所示；采用變閥值鑒幅固定補(bǔ)償法，如文獻(xiàn)[7]所示，可以減少誤差，提高測(cè)距精度；同時(shí)，文獻(xiàn)[8][11]中還提出了其它一些提高測(cè)量精度的方法。在熟悉各功能模塊的基礎(chǔ)上，自己繪電路原理圖和PCB布線，做好了超聲波發(fā)射和接收的硬件模塊，雖然發(fā)射和接收模塊是前期所做的失敗品，后期改用HCSR04模塊，但在這一階段我了解了CX20106A的工作原理與應(yīng)用。為此，我通過網(wǎng)上查找資料，學(xué)會(huì)了用軟件精確延時(shí)的方法來確定延時(shí)的時(shí)間。本系統(tǒng)能進(jìn)行聲光報(bào)警提示和實(shí)時(shí)顯示測(cè)量距離，能很好應(yīng)用于汽車行進(jìn)或倒車中，對(duì)汽車前后方的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)顯示障礙物的距離及聲光報(bào)警處理。在做畢設(shè)的過程中我學(xué)會(huì)了很多知識(shí)，如在硬件布置方面，晶振離單片機(jī)越近越好，其兩個(gè)電容離晶振越近越好，這樣就盡可能減小系統(tǒng)誤差；畫PCB上，避免在PCB邊緣安排重要的信號(hào)線，如時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)等，經(jīng)過本次設(shè)計(jì)的PCB，我能熟練地使用Altium Designer這個(gè)軟件來畫原理圖和PCB；在編程方面，我原來只是有匯編的基礎(chǔ)，但由于本次設(shè)計(jì)，我經(jīng)過到圖書館借閱相關(guān)書籍自學(xué)單片機(jī)C51語言編程，現(xiàn)在我的C語言水平有了很大的提高。我非常榮幸能有這樣的機(jī)會(huì)進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)，每一次的學(xué)習(xí)都是進(jìn)步，通過困難，然后學(xué)會(huì)去解決困難，讓我進(jìn)步很快。教研），2007，26:193~194.[11] 鄧方華,鄒毅,高飛燕. 基于超聲波測(cè)距的交互電子白板系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù), 2010,2:46~48.[12] Tsutomu Tanzawa,Noriaki Kiyohiro,Shinji Kotani et al：The Ultrasonic Range Finder for Outdoor Mobile Robots．Intelligent Robots and Systems 95．39。 //產(chǎn)生脈沖引腳sbit Echo = P3^2。sbit k1=P3^5。bit flag 。ulong distance。bt30。in。 //取出定時(shí)器的值 flag=1。 //時(shí)間到，讀取溫度 v=+*temp_T。 //允許定時(shí)器0中斷 EX0=1。 led1=1。 //首先拉低脈沖輸入引腳 Echo=0。 //溫度大于90度時(shí)，蜂鳴器報(bào)警 } } if(k1==0) { delay_20us()。 while(!Echo)。 //關(guān)閉計(jì)數(shù) if(flag==1amp。TL0!=0) //判斷是否成功接收到回波 { time=TH0*256+TL0。 //算出來是CM led1=0。 fmq=0。 delay_1(1000)。 P0=0xc6。 ge=(distancebai*100shi*10)。 Delay_ms(3)。 Delay_ms(2)。 Delay_ms(1)。 i++) 。i) for(j=110。 delay_us(29)。 DQ = 0。 i++)。 delay_us(2)。 receive_data = 0。 } delay_us(2)。 i8。 write_bit(temp)。 write_byte(jump_ROM)。} uint Get_Temp(void){ float result。 //開始轉(zhuǎn)換 delay_us(1)。 write_byte(read_EEROM)。 value = 8。 return (value)。j++) for(x=0。 P0 = 0xff。 P0 = 0xff。 P0 = 0xff。 P0= 0x