【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(jià)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(wú)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(tīng)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(lái)的時(shí)間間隔長(zhǎng)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(diǎn)：（1）超聲波對(duì)色彩、光照度不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)；（2）對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)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(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化。1㎝；具有測(cè)量距離數(shù)值無(wú)線傳輸功能；實(shí)時(shí)顯示測(cè)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(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。主要實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距并指示功能。通過(guò)對(duì)比各類(lèi)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(shuō)明了選擇原因以及功能、特性。 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)原理超聲波測(cè)距儀工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出 40khz 的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)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(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行辨別、計(jì)算，得出距離數(shù)并顯示和送語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 340米/秒，由控制器負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，控制單元使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí) [3]。本超聲波測(cè)距儀的具體工作過(guò)程如下，單片機(jī)控制的振蕩源產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲傳感器。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)比分析選擇了單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。再對(duì)數(shù)字信號(hào)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(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)的功能， FPGA 允許無(wú)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?xún)r(jià)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?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)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(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。9超聲波測(cè)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(shí)間來(lái)計(jì)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(gè)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(diǎn)一般比較高，特別時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(zhuān)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(diǎn)是顏色視覺(jué)效果好，視角寬，可靠性高，便宜；缺點(diǎn)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?jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，并可以將時(shí)間信息反饋給主控單片機(jī)。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來(lái)的集單片機(jī)和語(yǔ)音電路于一體的可編輯語(yǔ)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?wèn)題。AD590的測(cè)溫范圍為55℃ ～+150℃。輸出電阻為710WM 。但是考慮到成本問(wèn)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(shí)鐘頻率，減小測(cè)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(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。20mA直流輸出電流，每個(gè)引腳（輸出） 177。14圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢測(cè)接收電路超聲波接收電路CX20226A是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。CX20226A的引腳注釋?zhuān)?腳IN ：超聲波信號(hào)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(dòng)大，易造成誤動(dòng)作。6腳C：該腳與 GND之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)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(hào)時(shí)，將會(huì)將此信號(hào)通過(guò)CX20226A 驅(qū)動(dòng)放大送入單片機(jī)的外部中斷0口。帶中文字庫(kù)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(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)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(diǎn)內(nèi)置漢字字庫(kù)8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符時(shí)鐘頻率 2MHz 顯示方式 STN、半透、正顯驅(qū)動(dòng)方式 1/32DUTY；1/5BIAS 視角方向 6 點(diǎn)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(hào) 無(wú)需片選信號(hào)工作溫度 0℃ +55℃ 存儲(chǔ)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(shí)，管腳714顯示指令；管腳5和E 都為高電平時(shí)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(shí)管腳714的數(shù)據(jù)寫(xiě)入IR或ER。只需通過(guò)適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)地址就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，使用方便。下面我們對(duì)兩種電源做個(gè)比較。他也有他的優(yōu)點(diǎn)：紋波小，調(diào)整率好，對(duì)外干擾小。 由于單片機(jī)工作時(shí)需要的+5V電壓。充電時(shí)間常數(shù): T充 =（R1 ＋R2）C ()不難理解接通電源后，電 路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)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(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)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(jì)算公式為：d=s/2=(c t)/2 （）?其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程， c 為聲速，t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)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(gè)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(shí)約 （這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開(kāi)外中斷 1 接收返回的超聲波信號(hào)。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)。 NY圖 定時(shí)中斷服務(wù)子程序開(kāi)始 結(jié)束 定時(shí)中斷入口 停止發(fā)射 發(fā)射超聲波 定時(shí)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(cè)距儀主程序利用外中斷 1 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT1 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。下面將通過(guò)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(dòng)態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)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(hào)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(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)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(shí)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(kù)里找不到，所以只能部分仿真。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)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(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。_nop_()。//時(shí)鐘sbit DAT=P2^3。uchar temp_data[2]={0x00,0x00}。 //顯示開(kāi)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(xiě)控制sbit SCLK=P1^2。_nop