【正文】 要吸收掉它的能量。為什么有強大的功率呢 ?因為當(dāng)聲波到達某一物資中時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率 ― 樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 對于液體，它們比較受得住附加壓力的作用，所以在受到壓縮力的時候；不大會產(chǎn)生反常情形。液體在這種強大的瞬時壓力作用下，溫度會驟然增高。一般采用渡越 時間發(fā)：即 S=CT/2，其中 S為測量點與被測物體之間的距離， C為聲波在介質(zhì)（此處指空氣）中的傳播速度， T 為超聲波發(fā)射到返回的時間間隔 。如果環(huán)境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補償問題。單片機采用 AT89C51 單片機 。 51 系列單片機的功能特點及測距原理 51 系列單片機的功能特點 51 系列 單片機中典型芯片 (AT89C31)采用 40 引腳雙列直插封裝 (DIP)形式，內(nèi)部由 CPU， 4kB 的 ROM， 256 B 的 RAM， 2 個 16b 的定時／計數(shù)器 TO和 T1， 4 個 8 b 的工／ O 端 I： IP0， P1， P2， P3，一個全雙功串行通信口等組成。 掉電方式：保存 RAM 的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位。 限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角及接收換能器的靈敏度。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04和超聲波發(fā)射換能器 T構(gòu)成，單片機 端口輸出的 40kHz 的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送 到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測距的超聲波頻率 40 kHz 較為接近，因為當(dāng) CX20206A 接受到 40KHZ 的信號時，會在第 7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸 入，可以利用它制作超聲波接收電路 (如圖 23)。 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 14 2 腳：該腳與 GND 之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，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，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。 LED 數(shù)碼管里面有 8 只發(fā)光二極管，分別記作 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、dp，其中 dp 為小數(shù)點， 每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端 （ COM） ，如 下 圖所示 。 單片機對數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時比較煩索 。 超聲波測距儀 硬件電路的設(shè)計主要包括 AT80C51 單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。 (1)74ls164 是 8 位串入，并出移位寄存器 ， 74HC16 74HCT164 是74HC16 74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。 主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸 出為低電平。 LM358 的特點 : 內(nèi)部頻率補償 . 低輸入偏流 . 低輸入 失調(diào)電壓和失調(diào)電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流電壓增益高 (約 100dB) . 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) . 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)； . 雙電源 (177。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。 ① 腳所接電容的容量應(yīng)至少是 ② 腳電容的 2倍。 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 17 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。由于采用的是 12 MHz 的晶 振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是 1μs ，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式 （ 2） 計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取 20℃ 時的聲速為 344 m/s 則有： )/2=172T0/10000cm 其中， T0為計數(shù)器 T0的計算值。 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。 N Y 圖 42 定時中斷服務(wù)子程序 發(fā)射超聲波 定時中斷入口 定時器初始化 三方向均發(fā)射完 停止發(fā)射 返回 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 20 圖 43 外部中斷服務(wù)子程序 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采 用Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。但是這種干擾能夠通過別的方法進行處理，比如軟件算法的方法去消除直達波的干擾。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為 ～ ，測距儀最大誤差不超過 1cm。設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀 能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體 間的距離。此次設(shè)計采用反射波方式。單片機 用 40kHz的方波信號，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。上位電阻R1O、 R11 一方面可以提高反向 器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器 件上的標(biāo)志。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器 T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。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。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會太難。 哈爾濱理工大學(xué)?？飘厴I(yè) 論文 24 致謝 首先，我要感謝我的 指導(dǎo) 老師 孫克偉 老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時 也要感謝學(xué)校其他老師在我畢業(yè)設(shè)計種給我的幫助和支持 。 在我畢業(yè)論文開題、調(diào)查、研究和撰寫過程中， 孫克偉 老師給予了我耐心、細致和全面的幫助，在此表示感謝！論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。 其次，我還要感謝畢業(yè)小組的各位成員。葉濤，陳紅軍，楊國勝，侯增廣，譚民，電子技術(shù)應(yīng)用， 2020； 12:28 .MCU51 系列單片機實用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6 .單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學(xué)出版社， .紅外線與超聲波遙控 .北京：人民郵電出版社， .程序設(shè)計基礎(chǔ)與 C 語言 .陜西：西安電子科技大學(xué)出版社， 1998 ，程退安，姚萬生．單片機微型機原理及應(yīng)用 [M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1994. 8. Suh, Charles W． O’Donnell， Srinivas Devadas， Aegis： a singlechip secure processor， IEEE Design and Test of Computers． 2020： 570～ 580 9. Mt. Prospect. MCS 51 Family of Microcontrollers Architectural Overview. September 1993 Ogata． Moden Control Engineering． Publishing house of electronics industry， 2020： 196～ 202 哈爾濱理工大學(xué)專科畢業(yè) 論文 26 附錄