【正文】 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理在超聲探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。X2是聲波返回的時(shí)刻，X1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，X2X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定X2X1=，則有340m=。超聲波發(fā)射器的壓電晶片可等效于一個(gè)串聯(lián)LC諧振電路，具有選頻作用，因此該振蕩器只能振蕩在超聲波發(fā)射頭的固有諧振頻率。圖32 555構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路，用非門(mén)構(gòu)成的電路簡(jiǎn)單，調(diào)試容易。第一級(jí)中為集電極負(fù)載電阻；為偏流電阻，同時(shí)引入了交直流并聯(lián)電壓負(fù)反饋，可以較有效的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，改善非線性失真以及增益的穩(wěn)定性；是發(fā)射極負(fù)反饋電阻，引入直、交流串聯(lián)電流負(fù)反饋，具有穩(wěn)定工作點(diǎn)、增益、改善失真、提高輸入阻抗等作用。 圖 35 運(yùn)放構(gòu)成的超聲波接收電路(3) LM1812收發(fā)集成電路構(gòu)成 LM1812是一種專(zhuān)用于超聲波接收和發(fā)送的集成電路，它即可做發(fā)送電路，又可以做接收電路使用。本次我們采用了Atmel 公司的AT89S52,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下：(1) AT89S52系列單片機(jī)以8051為內(nèi)核，兼容MCS51系列單片機(jī)。(5) AT89S52晶振頻率高達(dá)24M，運(yùn)行速度更快。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即ms。 時(shí)鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇3M~24M，電容選擇30pF左右。 蜂鳴器電路 本次設(shè)計(jì)通過(guò)一只蜂鳴器來(lái)提示用戶(hù)按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開(kāi)始了測(cè)距?？梢圆捎密浖a(chǎn)生40KHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。本次我們采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門(mén)可以選用74LS04，具體電路如圖： 圖 313 超聲波發(fā)送電路 從圖中可知，當(dāng)輸入的信號(hào)為高電平時(shí)，上面經(jīng)過(guò)兩級(jí)反向CSB40T的1引腳為高電平，下面經(jīng)過(guò)一級(jí)反向后為低電平；當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，正好相反，實(shí)現(xiàn)了振蕩的信號(hào)驅(qū)動(dòng)CSB40T，只要控制信號(hào)接近40KHz，就能產(chǎn)生超聲波。CX20106是日本索尼公司的產(chǎn)品，采用單列8引腳的直插式封裝，內(nèi)部包含自動(dòng)偏置控制電路、前置放大電路、帶通濾波、峰值檢波、積分比較器、斯密特整形輸出電路，配合少量外接元件就可以對(duì)38KHz左右的信號(hào)的接收與處理，該芯片內(nèi)部如下圖所示： 圖314 CX20106內(nèi)部結(jié)構(gòu) CX20106構(gòu)成本次設(shè)計(jì)接收電路如下圖： 圖 315超聲波接收電路 使用CX20106A集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。4腳：接地端。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。圖316 DS18B20溫度傳感器DS18B20是美國(guó)DALLS公司推出的DS1820的替代產(chǎn)品，具有112位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)的精度是12位，176。其中高五位為擴(kuò)展符號(hào)位。 LCD顯示電路 本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示屏顯示。第三腳VO：對(duì)比度調(diào)整端。第六腳E：使能端，當(dāng)E由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)執(zhí)行命令。操作控制表　　操作　　讀狀態(tài)　　寫(xiě)指令　　讀數(shù)據(jù)　　寫(xiě)數(shù)據(jù)　　輸入　　RS=0，RW=1，E=1　　RS=0，RW=0，　　D0~7=指令碼，E=H脈沖　　RS=1，RW=1，E=1　　RS=1，RW=0，　　D0~7=數(shù)據(jù)，E=H脈沖　　 表317 LCD1602操作指令 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。顯示模式設(shè)置： (初始化)0011 0000 [0x38]設(shè)置162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開(kāi)關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化)0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1 amp。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)(1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫(xiě)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(xiě)入子程序以及顯示子程序；(3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等； (4)本次設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，C語(yǔ)言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為112mm； 40KHz超聲波發(fā)送程序超聲波的每過(guò)60ms發(fā)送一次，通過(guò)定時(shí)器T0中斷中發(fā)送超聲波，超聲波發(fā)送后延時(shí)一段時(shí)間后返回，防止余波被接收頭接收誤判。其工作時(shí)序包括：初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。寫(xiě)入程序如下：(3) 字讀DS18B20程序(4) DS18B20溫度讀取函數(shù) 距離計(jì)算程序 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序經(jīng)過(guò)求的數(shù)據(jù)原碼無(wú)法直接用于顯示，必須轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)CD所接受的BCD碼的形式，而且在溫度補(bǔ)償和距離計(jì)算中沒(méi)有考慮小數(shù)點(diǎn)的存在，而實(shí)際顯示必須考慮小數(shù)和有效位數(shù)，這樣就必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。 基于Proteus的軟件仿真 Proteus是一款功能強(qiáng)大的軟件，其ISIS用來(lái)做仿真十分方便，尤其是單片機(jī)系統(tǒng)的仿真，我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)初期，用Proteus來(lái)仿真我們的設(shè)計(jì)，以便驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的正確性做出分析。電源采用LM7805穩(wěn)壓。首先繪制原理圖。元件的封裝必須按照元件實(shí)務(wù)來(lái)確定其大小，比如焊盤(pán)大小、外輪廓的大小等，繪制封裝過(guò)程中注意焊盤(pán)必須設(shè)置成多層上，元件的外輪廓繪制在Top OverLay,通常第一焊盤(pán)設(shè)置成方形。在PCB設(shè)計(jì)中基本的原則如下：1 抑制干擾源（1）繼電器線圈加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線圈時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)干擾。高頻電容布線盡量靠近電源并且粗短。2 切斷干擾傳播途徑（1） 設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。 （4）電路板合理分區(qū)，劃分強(qiáng)弱信號(hào)，數(shù)字模擬信號(hào)分開(kāi)布線，敏感元件遠(yuǎn)離干擾源。 （3）對(duì)于單片機(jī)閑置I/O口不要懸空，接地或者電源。 （2）變壓器雙隔離措施。 （6）外殼接地保證人生安全和防止外界的磁場(chǎng)干擾。 （3）獨(dú)立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并減少接插件與連線。 本次設(shè)計(jì)中PCB布線遵守這些基本原則，比如:電源穩(wěn)壓器處用100 電解電容和104的瓷片電容并聯(lián)使用。設(shè)置完畢后，導(dǎo)入PCB封裝，然后進(jìn)行元件布局操作，布局操作遵循的基本原則如下。同時(shí)兼顧飛線交叉最少。 布局完成之后設(shè)置布線規(guī)則，一般信號(hào)線使用12mil左右（1mil=1/1000in），電源線一般使用15~35mil，地線滿足25~50mil之間盡量加寬。一些工程師不愿意用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)布線，所有的線路都手動(dòng)完成，這完全沒(méi)有必要，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)越來(lái)越強(qiáng)大，而且Altium designer6的改進(jìn)型布線的效果已經(jīng)很理想了。本次設(shè)計(jì)成品的制造文件如下： 圖 56 Gerber File文件 圖 57 NC鉆孔文件第6章 元件采購(gòu) BOM文件導(dǎo)出 所謂磨刀不誤砍柴工，在買(mǎi)元件之前必須做好一些列的工作，首先是元件采購(gòu)清單的導(dǎo)出。總 結(jié)在即將畢業(yè)之際，做一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以對(duì)自己三年的所學(xué)做一個(gè)總結(jié)，也是給自己以后工作增添一份信心。單片機(jī)的應(yīng)用解決了很多問(wèn)題，現(xiàn)在只要寫(xiě)一個(gè)軟件，通過(guò)單片機(jī)和一些簡(jiǎn)單的外接電路就可以實(shí)現(xiàn)具有很多功能的、而且具有智能化的系統(tǒng)，同時(shí)可方便升級(jí)維護(hù)。我們?cè)谑褂肊DA軟件后也深深的體會(huì)到其強(qiáng)大的功能，令人興奮不已。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)過(guò)程，我們不但在知識(shí)上收獲了，而且發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足之處；同時(shí)，我們也對(duì)自己的動(dòng)手能力有所鍛煉，而且一次成功的經(jīng)歷給我增添了不少的信心。同時(shí)也感謝三年來(lái)授我們的老師們，是你們的教導(dǎo)使得我們獲得了知識(shí)。感謝舍友，你的才智與個(gè)性令我佩服，讓我明白把困難放在前面，不拋棄+不放棄=成功的人生，使我明白一切皆有可能。At89S52的DATA SHEET[2] DALL