【正文】 ................................................26附錄四 基于 AT89S51 單片機(jī)超聲波測距系統(tǒng) C 語言原程序 ...........................................................................27附錄五 元件清單 ...................................................................................................................................................413第 1 章 緒論 課題背景，目的和意義傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、機(jī)器人自動(dòng)避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場例如：液位、井深、管道長度等場合。超聲波波經(jīng)反射物反射回來后，由傳感器接收端接收，再經(jīng)接收電路放大、整形，控制單片機(jī)中斷口。利用單片機(jī)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡單。通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，單片機(jī)在發(fā)射時(shí)刻同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即反射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，單片機(jī)檢測到這個(gè)負(fù)跳變信號(hào)后，停止內(nèi)部計(jì)時(shí)器記時(shí)，讀取時(shí)間，計(jì)算距離,測量結(jié)果輸出給 LED 顯示。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限。渡越時(shí)間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。表 21 聲速與溫度的關(guān)系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 3866圖 21 超聲波測距時(shí)序圖 超聲波傳感器 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。若在圖 a 所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖 b 所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時(shí)，外部負(fù)電荷與極化負(fù)電荷相斥。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)， 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。主要性能參數(shù)：－32個(gè)可編程I／O口線低功耗空閑和掉電模式靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）功能特性概述：AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I／O 口線，看門狗（WDT） ，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。引腳功能說明作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。P1口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。端口引腳 第二功能： MOSI（用于ISP編程） MISO（用于ISP編程） SCK （用于ISP編程）在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容） ，在整個(gè)訪問期間不改變。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。AT89S51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF177。采用外部時(shí)鐘的電路如圖5右圖所示。石英晶體時(shí)：C1，C2＝30pF 177。單片機(jī)采用 AT89S51。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機(jī) 輸入一個(gè)低電平脈沖。由 K1，K2 組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。超聲波發(fā)射電路由電阻 R三極管BG超聲波脈沖變壓器 B 及超聲波發(fā)送頭 T40 構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產(chǎn)端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測量距離。由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的 P3 腳。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。s 的方波信號(hào)，頻率分別為 和。接收到的信號(hào)加到 BGBG2 組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。該接收電路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。6 伏交流是經(jīng)過整流二極管 D1D4 整流成脈動(dòng)直流后，經(jīng)慮波電容C1 慮波后形成直流電，為保證單片機(jī)系統(tǒng)的可電，供電路中由 5 伏的三端稱壓集成電路進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出 5 伏的真流電供整個(gè)系統(tǒng)用電，為進(jìn)一步提高電源質(zhì)量，5 伏的直流電再次經(jīng)過 CC4 濾波。報(bào)警輸出電路如圖 38。置位總中斷允許位 EA。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0 進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約 2ms 時(shí)間（這也就是超聲波測距儀會(huì)有一個(gè)最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對(duì)單片機(jī) 腳的電平判斷程序。 測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。csbint=1。csbout=1。while(csbint) //判斷接收回路是否收到超聲波的回波{i++。s=s*256+TL1。 //計(jì)算測量結(jié)果jsz=jsz/2。輸出 40kHz 方波 nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnz R6,here RETEND20 超聲波測距程序流程圖 YYN=N0=0=1開始初始化測量標(biāo)志啟動(dòng)定時(shí)器超聲波測距距離上限值距離盲區(qū)值===顯示值= C C C顯示值 = 測量段碼轉(zhuǎn)換顯示設(shè)定段碼轉(zhuǎn)換距離報(bào)警值===報(bào)警輸出=N21 超聲波測距程子序流程圖第 5 章 調(diào)試及性能分析 調(diào)試步驟我們的步驟是先焊接各個(gè)模塊，焊接完每個(gè)模塊以后，再進(jìn)行模塊的單獨(dú)測試，以確保在整個(gè)系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的 AT89S51Y?標(biāo)志 =1?發(fā)送超聲波延時(shí)避開盲區(qū)收到回波否？預(yù)設(shè)時(shí)間？啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 T0停止計(jì)時(shí)計(jì)算測量值超聲波測距結(jié)束NNY?Y?N22機(jī)裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對(duì)著墻面往復(fù)移動(dòng)，看數(shù)碼管的顯示結(jié)果會(huì)不會(huì)變化，在測量范圍內(nèi)能否正常顯示。 性能分析從實(shí)物測試的總體來說本測距板基本上達(dá)到了要求，理想上超聲波測距能達(dá)到 500到 700 厘米左右，而我們所能實(shí)現(xiàn)的最大距離只有 699 厘米，測量結(jié)果受環(huán)境溫度影響。但在硬件的 PCB 上預(yù)留的位置。感謝在畢設(shè)中幫助過我的所有同學(xué)和師兄師姐們。xl,mq,xm0,xm1,xm2,sec20,sec,sec1,buffer[3],BitCounter,temp,Number[8]={1,2,3,4,5,6,7,8}。 //可位尋址的狀態(tài)寄存器float csbc,wdz。 //數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)sbit k11=ke^0。sbit b=ke^4。sbit w=kw^0。 //延時(shí)函數(shù)void scanLED()。void jy()。void mqjs()。void offmsd()。 //定時(shí)器0中斷允許 TH0=0xD8。d=0。mq=40。 csbsc()。k2=1。sx=0。 //調(diào)用超聲波測量}bgcl()。 //調(diào)用顯示函數(shù)if(jszdz) //判斷是否達(dá)到報(bào)警值{if(e==1) { sx=1。 //調(diào)用按鍵處理程序}}void delay(i) //延時(shí)子程序{ while(i)。LED1=1。delay(1)。LED3=0。}32void timeToBuffer() //轉(zhuǎn)換段碼功能模塊{if (jszzzz){buffer[0]=0x93。buffer[1]=0xFE。xm2=jszxm0*100xm1*10。if (buffer[2]==0x81){buffer[2]=0xFF。TR0=1。ec++。if (sec1100){ sec1=0。if (!k12amp。k11=k1。buffer[1]=0x84。while(!c){if (sec=2)c=1。jsz=dz。 if (dz699) dz=200。buffer[1]=convert[xm2]。amp。while(!c){36 k11=k1。 if (xm06) xm0=0。if (!k12amp。k12=k11。 k21=k2。}if (e==1)37buffer[1]=0xFF。amp。}buffer[1]=convert[xm1]。if (!k22amp。else buffer[0]=convert[xm2]。k11) {c=1。k12=k11。csbint=1。csbout=1。while(csbint) //判斷接收回路是否收到超聲波的回波{i++。s=s*256+TL1。 //計(jì)算測量結(jié)果jsz=jsz/2。}void csbsc(){c