【正文】 使得應(yīng)用廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機(jī)電耦合系數(shù)高、價格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜(PVDF) [2]等。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們 聽到的超聲波 (20kHz)以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。超聲波方法在某些方面具有突出的優(yōu)點：（1）超聲波對色彩、光照度不敏感，可用于識別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)；（2）對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中；（3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡單可靠，易于小型化和集成化。1㎝；具有測量距離數(shù)值無線傳輸功能；實時顯示測量的距離，顯示格式為：。超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。主要實現(xiàn)超聲波測距并指示功能。通過對比各類型控制器選擇單片機(jī)為控制器并最終選擇 AT89S51 單片機(jī)，并說明了選擇原因以及功能、特性。 超聲波測距儀的設(shè)計原理超聲波測距儀工作原理：單片機(jī)發(fā)出 40khz 的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接受器將接受到得超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為 t，再由軟件進(jìn)行辨別、計算，得出距離數(shù)并顯示和送語音播報模塊播報。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 340米/秒，由控制器負(fù)責(zé)計時，控制單元使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達(dá)到毫米級 [3]。本超聲波測距儀的具體工作過程如下，單片機(jī)控制的振蕩源產(chǎn)生40kHz的頻率信號來驅(qū)動超聲傳感器。本設(shè)計通過對比分析選擇了單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制器。再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。FPGA 的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與 I/O 間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA 所能實現(xiàn)的功能， FPGA 允許無限次的編程。（2）集成度高、體積小、可靠性高。因此控制器的選擇為單片機(jī)。51單片機(jī)：有優(yōu)異的性價比；集成度高、體積小、有很高的可靠性；控制作用強(qiáng)；擴(kuò)展性能好，非常容易構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。51單片機(jī)比較基礎(chǔ)、成熟，一般教學(xué)都用這種單片機(jī)。由于其集成度高，體積小且可靠性強(qiáng)，有很好的擴(kuò)展性能易于構(gòu)成多種應(yīng)用系統(tǒng)，所以我們在本次設(shè)計里采用 AT89S51 單片機(jī)?？臻e方式停止 CPU 的工作，當(dāng)允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。9超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用材料是壓電式陶瓷。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。工作溫度：由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。因此超聲波接受傳感器應(yīng)該應(yīng)用集成電路CX20226A，CX20226A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。此部分電路在集成芯片上。優(yōu)點是顏色視覺效果好，視角寬，可靠性高，便宜；缺點是體積大耗電多，有微量的 X射線輻射。所以選擇采用 12864 液晶模塊?？梢杂嬎隳辍⒃?、日、時、分、秒等信息，并可以將時間信息反饋給主控單片機(jī)。WT588D系列語音單片機(jī)是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機(jī)和語音電路于一體的可編輯語音芯片。 溫度傳感器的選型大家知道，聲音在不同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。AD590的測溫范圍為55℃ ～+150℃。輸出電阻為710WM 。但是考慮到成本問題我選用 TS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 C 至+125℃ 。176。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。如圖 所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和 +5V 電源組成。因此，復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。20mA直流輸出電流，每個引腳（輸出） 177。14圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢測接收電路超聲波接收電路CX20226A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。CX20226A的引腳注釋：1腳IN ：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k Ω。3腳C0：該腳與GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作。6腳C：該腳與 GND之間接入一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。R1 和C1 控制CX20226A內(nèi)部的放大增益，R2 控制帶通濾波器的中心頻率。當(dāng)超聲波接收頭接收到40kHz 方波信號時，將會將此信號通過CX20226A 驅(qū)動放大送入單片機(jī)的外部中斷0口。帶中文字庫的12864液晶是一種具有4位/8位并行、 2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864。12864液晶模塊可完成圖形顯示。表 12864 液晶基本特性低電源電壓VDD：++顯示分辨率 12864 點內(nèi)置漢字字庫8192 個 1616 點陣漢字 內(nèi)置 128 個 168 點陣字符時鐘頻率 2MHz 顯示方式 STN、半透、正顯驅(qū)動方式 1/32DUTY；1/5BIAS 視角方向 6 點背光方式 側(cè)部高亮白色 LED 通訊方式 串行、并口可選負(fù)壓 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路 片選信號 無需片選信號工作溫度 0℃ +55℃ 存儲溫度 20℃ +60℃12864 液晶基本特性如圖 所示。其中并行模式下，管腳4為顯示數(shù)據(jù)；管腳4為低電平時，管腳714顯示指令；管腳5和E 都為高電平時數(shù)據(jù)被讀取到管腳714；管腳5為低電平且E由高電平變?yōu)榈碗娖綍r管腳714的數(shù)據(jù)寫入IR或ER。只需通過適當(dāng)?shù)脑L問地址就可以實現(xiàn)語音播報，使用方便。下面我們對兩種電源做個比較。他也有他的優(yōu)點：紋波小，調(diào)整率好，對外干擾小。 由于單片機(jī)工作時需要的+5V電壓。充電時間常數(shù): T充 =（R1 ＋R2）C ()不難理解接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。20圖 電源電路圖21第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。距離的計算公式為：d=s/2=(c t)/2 （）?其中，d 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程， c 為聲速，t 為聲波來回所用的時間。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 （這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 1 接收返回的超聲波信號。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用 C 語言編寫。 NY圖 定時中斷服務(wù)子程序開始 結(jié)束 定時中斷入口 停止發(fā)射 發(fā)射超聲波 定時器初始化 發(fā)射完否？24圖 外部中斷服務(wù)子程序超聲波測距儀主程序利用外中斷 1 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT1 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。下面將通過proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。 仿真調(diào)試結(jié)果本系統(tǒng)采用了 401CX20224044069 芯片及其其他電子器件，由于部分芯片在庫里找不到，所以只能部分仿真。但是對設(shè)計有一個很好的理論基礎(chǔ)。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT1引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。_nop_()。//時鐘sbit DAT=P2^3。uchar temp_data[2]={0x00,0x00}。 //顯示開關(guān)標(biāo)記//*位定義 /*//sbit csb=P3^6。bit flag_1=0。uint temp。uchar tc_say=0。 //液晶讀 /寫控制sbit SCLK=P1^2。_nop