【正文】 國內(nèi)難以得到有效的普及。由于它是根據(jù)人的雙眼原理模擬測量的，所以測量精度 高，但目前價(jià)格較高，而且技術(shù)和硬件設(shè)施發(fā)展尚未成熟，一般成像速度較慢。通過超聲波的發(fā)生器沿介質(zhì)中某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射機(jī)械波的同時(shí)，中央處理器記錄這一個(gè)時(shí)刻，當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播直到遇到障礙物，反射回波，當(dāng)接收器檢測到回波后，馬上記錄這一時(shí)刻，通過發(fā)射與接收前后的時(shí)間，得出兩者的時(shí)間差 t。 各種方案的性能如下表 21 所示： 表 21 各種測距方式的比較表 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)主要在南方地區(qū)使用，所以主要受到的影響的溫度和濕度，加上正 文 5 綜合價(jià)格和制作工藝的復(fù)雜程度的考慮，本次設(shè)計(jì)最后采用了超聲波作 為測量距離的主要手段。 【 1】 如下圖 所示： 圖 21 555 定時(shí)器圖 方案二：編寫單片機(jī)程序，通過超聲波子程序產(chǎn)生 40HZ 的方波脈沖信號(hào)，通過單片機(jī)的 P3口輸出，編寫程序簡易，成本價(jià)格低，但輸出信號(hào)不穩(wěn)定。 【 2】 圖 22 單穩(wěn)式超聲波接收器 方案二： CX20206A 芯片是一款紅外線載波專用接收芯片，其載波頻率為 38kHz與超聲波的頻率相接近，因此可以利用它作為超聲波檢測接受集成電路。此外，裝置需要進(jìn)行一個(gè)時(shí)間的記錄，所以控制器內(nèi)部需要有計(jì)時(shí)器，而且控制器還要求對(duì)實(shí)時(shí)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此其運(yùn)行的 速度一定要快，且抗干擾能力要強(qiáng)。 圖 24 上位、下位機(jī)的控制系統(tǒng) 方案二： DSP 控制系統(tǒng) 由 圖 25 所示， DSP 控制器 TMS320LF2407 片內(nèi) 含 有 32Ｋ字的 FLASH 程序存正 文 8 儲(chǔ)器， 和 高達(dá) 1SK字的數(shù)據(jù)程序 RAM， 還有 544字雙口 DRAM和 2K字的單口 SARAM；為了 供電 的 電壓降為 伏 ， 降低 了拉制器的功耗 所以采用了靜態(tài) CMOS 技術(shù) ；縮短 執(zhí)行指 令 周期， 因 而提 升 了控制器的實(shí)時(shí)控制能力，但 由于 外接硬件電路較多，體積將會(huì)增 大 ，在系統(tǒng)安裝上有些不 方 便，相比之下 亦 成本要有所增加，其成本 價(jià)格是單片機(jī)的 5 倍。 經(jīng)過以上方案的一系列比較，基于本次系統(tǒng)體積，成本和其控制器的運(yùn)行速度的考慮，選用方案三更加適合本課題的要求，因?yàn)椴粌H其設(shè)計(jì)簡單，而且體積小，成本低，芯片運(yùn)行速度快，更加符合數(shù)據(jù)的 實(shí)時(shí)操作需求。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路和軟件程序共同構(gòu)成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要兩個(gè)部分 。超聲波信號(hào)會(huì)由發(fā)射探頭內(nèi)部產(chǎn)生，經(jīng)過放大和檢波等電路后發(fā)送出去，此時(shí)單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)時(shí)器自 動(dòng)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)發(fā)射出去的超聲波遇到前方障礙物后，按照原來路徑返回，再次經(jīng)過另一個(gè)接收探頭中的放大、帶通、濾波、整形等工序后被單片機(jī)接收，同一時(shí)間計(jì)數(shù)器停止工作并馬上讀取時(shí)間參數(shù)。它控制單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對(duì)超聲波速度的校正，還有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在 LED 上。硬件的整體結(jié)構(gòu)包括超聲波的發(fā)射和接收電路啊，單片機(jī)電路，報(bào)警電路和顯示電路等幾個(gè)主要的模塊組成 [3]。 下 面是我 參考 的 電路圖 ， 如圖 31,32,33。 T4016 兩端的振蕩波形近似于方波，電壓振幅接近電源電壓。電路不需調(diào)試即可工作。工作電流 大概是 25mA， 發(fā)射超聲波信號(hào)大于 8m。集成電路 CX20206A 是一種常用于電視遙控的紅外線檢波接收芯片，因?yàn)榧t外遙控的載波頻率與超聲波報(bào)警器所用超聲波頻率很接近，故可以用于超聲波接收電路 。電容 C1 的大小取值對(duì)檢測接收電路的靈敏度和抗干擾能力影響很大，故數(shù)值一定要適合。 只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。當(dāng)需要測量的距離 H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L時(shí) ,則 (3— 4)變?yōu)?: vtH 21? ( 35) 所以 ,只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測量的距離 H. 測渡越時(shí)間測量法 在一 定時(shí)間段內(nèi)發(fā)射 10 個(gè)超聲波脈沖，當(dāng)發(fā)射第一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到接收器接收到最后一個(gè)脈沖信號(hào)停止定時(shí)器 。根據(jù)相關(guān)資料研究發(fā)現(xiàn)，超聲波在傳輸過程中會(huì)與大氣，溫度，濕度，壓強(qiáng)的物理因素有關(guān)。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫超聲波的衰減 。 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī) 【 6】 ,但比 51 單片機(jī)功能更加強(qiáng)，運(yùn)算能力更快，穩(wěn)定性更好。 在系統(tǒng) 和應(yīng)用都 可編程 ， 無需專用編程器 ，不用 專用 的仿真器 ， 通過串口 就能 直接下載用戶程序 。 其中 RBELL=10K； RB=0。 [8]如下表 21所示： 表 01 超聲波波速與溫度系數(shù)表 溫度（℃） 30 20 10 0 10 20 30 100 聲速（ m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386 正 文 17 本章小結(jié) 本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)思想，然后分析了超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式，最后根據(jù)超聲波測距的工作原理和理論分析，對(duì)超聲波、發(fā)射模塊、超聲波接收模塊的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中采取的硬件抗干擾措施進(jìn)行了介紹。 同時(shí)在開發(fā)編寫程序的過程中可以借鑒到前人的經(jīng)驗(yàn)，提高了程序的正確性 。 再根據(jù)測溫模塊所記錄的溫度數(shù)據(jù)，利用 計(jì)算公式： V=+ 計(jì)算得到超聲波的傳輸速度Ｖ。軟件分為主程序和中斷服務(wù)程序兩個(gè)部分。 產(chǎn)生 超聲波 的 子程序 和 中斷程序的框圖 如圖所示。 系統(tǒng)測距模塊 裝置主要以定時(shí)器為核心，測距模塊首先設(shè)置兩個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器初值，分別完成 20ms 和 200us 兩種計(jì)數(shù)器溢出中斷， 20ms 中斷用來控制選擇工作的通道，對(duì) P00， P01 置位完成控制信號(hào)，然后由選中的通道發(fā)送出可以控制脈沖個(gè)數(shù)的40kHz 的脈沖群，發(fā)送完成后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行接收，開 AD采樣，在接收回波后，或等待一定的時(shí)間后（沒有回波），記錄下 CPU 計(jì)時(shí)器時(shí)問，然后選擇下一個(gè)通道進(jìn)行工作。 T0的作用就是測量從超聲波發(fā)射至接收到叫波的時(shí)間。 5 系統(tǒng)調(diào)試及成品 硬件調(diào)試 這次超聲波防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)制作中硬件的問題只要小心謹(jǐn)慎，很多問題就會(huì)避免發(fā)生 。關(guān)閉電源開關(guān)，將障礙物放置在離設(shè)計(jì) 17cm 處，再開啟開關(guān)，觀察此時(shí)的數(shù)據(jù)，得到距離值為 17cm，如圖 53 所示，重復(fù)多次這樣的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于直尺最前端處和最后端處沒有刻度，所以設(shè)計(jì)存在誤差約為 4cm。由于具體的場景不同 ， 可以改變超聲波子程序發(fā)送脈沖的寬度和時(shí)間間隔 。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容簡單，但實(shí)際操作起來還是要注意不少的細(xì)節(jié)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)到不少新的知識(shí)，這是很珍貴的。 參考文獻(xiàn) [1] 閻石 ,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京 ：高等教育出版社， . 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