【正文】 實(shí)際的環(huán)境對(duì)超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾信道干擾等等，空氣的溫度對(duì)超聲波的速度影響也很大。我采用以AT89s52單片機(jī)為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路。 //未收到回波則顯示 temp[1]=0xF7。 //如果WD為0則只顯示溫度 }}//void int1(void) interrupt 0 //外部中斷0服務(wù){(diào)TR1=0。}//溢出處理 else{ bell=0。 //判斷是否有收到回波 如有則計(jì)算 判斷是否超出測(cè)量范圍 if(flag==1) { if(w27){C_speed()。 //啟動(dòng)定時(shí)器T1 Send_40K()。 key()。 key()。T_show: //標(biāo)號(hào) EA=0。led_3H=0。bell=1。show_temperature=~show_temperature。 //溫度為正則+聲速 else speed=332T_C*。 //1位 x/=10。led_1H=0。led_3H=0。 Sout=!Sout。j++) { for(i=0。} //顯示溫度符號(hào)，正則顯示39。 // 跳過(guò)多傳感器識(shí)別skio rom write(0x44)。}//uint Read_Temperature(void) //讀取溫度,返回整數(shù)值{ uint c。 // 恢復(fù) _nop_()。 uint v = 0。_nop_()。 return(r)。 _nop_()。 //顯示轉(zhuǎn)換void TT1(void)。 //溫度顯示轉(zhuǎn)換uint Read_Temperature(void)。 //存溫度值uint i。 //定義按鍵sbit k2=P1^1。最后感謝各位老師對(duì)我論文的悉心審閱與批評(píng)指正。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。 key()。temp[1]=0xF7。amp。while(1){ TT1()。 key()。 key()。 OFF=0xff。 led_1H=0。 //減去限制10M的初值+可調(diào)誤差值 cm*=speed。 //采溫度 if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速 { T_C=y。 // 跳過(guò)多傳感器識(shí)別skio rom write(0x44)。 主要部分程序流程圖 如圖51所示 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序的分析uint Read_Temperature(void) //讀取溫度,返回整數(shù)值{ uint c。在C語(yǔ)言的可讀性方面更容易借鑒前人的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高程序的開(kāi)發(fā)水平。匯編語(yǔ)言由于是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，與具體的計(jì)算機(jī)硬件有著密切的關(guān)系，因此，可移植性差。 表 41 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（℃）3020100102030100聲速（m／s）313319325323338344349386由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同，為提高系統(tǒng)的精度，采用了溫度補(bǔ)償功能。理論上，地線上所有的位置的電平應(yīng)該相同。由于浪涌和尖峰噪聲主要成份是高頻分量，它們不通過(guò)變壓器級(jí)線圈之間的互感禍合，而是通過(guò)線圈寄生電容禍合。（4）電網(wǎng)電源噪聲把供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間At ls者稱(chēng)為過(guò)壓和欠壓噪聲。信號(hào)在傳播過(guò)程中，通道中各元器件產(chǎn)生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。這種方法僅能粗略地比較聲波在不同材料中的衰減程度，也就是對(duì)同樣厚度的不同材料在同樣的儀器靈敏度下，觀察它們的底面反射波的次數(shù)，底波次數(shù)多的材料，說(shuō)明聲波在該材料中衰減少，底波次數(shù)少，則聲波衰減比較嚴(yán)重。 超聲波的衰減超聲波在介質(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。由于高頻聲波先發(fā)出，對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)，其回波EchoH先到達(dá)CPU，因此，對(duì)于較近的目標(biāo)，首先用高頻超聲波探測(cè)。通過(guò)變壓器的直流電通過(guò)由二極管組成的橋式整流電路進(jìn)入三端穩(wěn)壓元件，CW7812和CW7805分別為電路提供穩(wěn)定的12V和5V直流電源。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I／O接口用于筆劃段字形代碼。這樣，如果沒(méi)有二極管保護(hù)，這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)將會(huì)全部加在三極管Q4的be結(jié)上，如果探頭的感性比較強(qiáng)，其反向電動(dòng)勢(shì)足以將be結(jié)擊穿。放大后的交流信號(hào)經(jīng)光電隔離送入比較器，比較器的作用是將交流信號(hào)整形輸出一個(gè)方波信號(hào)，此方波信號(hào)上升沿使D觸發(fā)器觸發(fā)，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。單片機(jī)控制發(fā)送超聲波的TXD口和消除余振的INT0口都是P3口的低四位，只需要由程序控制兩個(gè)管腳輸出相同的電平。圖48 方波產(chǎn)生電路 為了使40KHz的方波信號(hào)更為可靠，要對(duì)其進(jìn)行整形及放大。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH。電路工作電壓9V，工作電流40~50mA。其中門(mén)YF1與門(mén)YF2組成可控振蕩器，當(dāng)S按下時(shí)，振蕩器起振，調(diào)整RP改變振蕩頻率，應(yīng)為40kHZ。2kHZ。T4016兩端的振蕩波形近似于方波，電壓振幅接近電源電壓。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法。 圖42 超聲波發(fā)送原理圖 超聲波發(fā)射器的注意事項(xiàng) 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)射和接收電路中都對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行整形及放大，以保證測(cè)量結(jié)果盡可能精確。電子線路CAD軟件還能迅速形成各種各樣的報(bào)表文件，如元件清單報(bào)表，為元器件的采購(gòu)及工程欲算等提供了方便，便于新型電子器件和集成電路的應(yīng)用。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。它的探頭常用材料是壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行工作的?！　。?）靈敏度。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質(zhì)分子獲得很大的能量；換句話來(lái)說(shuō)，超聲波本身就可以供給物質(zhì)分子足夠大的功率。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過(guò)一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈大。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。基于微處理器的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已成為目前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間.將（3—2）、（3—3）代入（31）中得： ( 34)其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個(gè)常數(shù)(例如在溫度T=30度時(shí),V=349m/s)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2最常用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。同時(shí)由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。于超聲波指向性?qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。因此，超聲在空氣中測(cè)距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。換能器在電脈沖激勵(lì)下可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時(shí)，它可將聲能(機(jī)械能)轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)它的兩極外加脈沖信 號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 一般說(shuō)明AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。當(dāng)聲的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率極限(根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取整數(shù)為20000赫茲)時(shí)，人們就會(huì)覺(jué)察不出周?chē)暤拇嬖?，因而稱(chēng)這種高頻率的聲為“超”聲。為什么有這么強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率—樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。小功率超聲探頭多用作探測(cè)方面。　?。?）工作溫度。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。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。二維工程圖設(shè)計(jì)只是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一小部分；于是CAD的縮寫(xiě)也由Computer Aided Drafting 改為 Computer Aided Design（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)），CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個(gè)產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)。由于其性能優(yōu)越，Protel99SE已經(jīng)成為電路設(shè)計(jì)不可缺少的理想輔助設(shè)計(jì)工具。在發(fā)射后把信號(hào)放大，接收前也要把還再次放大。傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對(duì)聲速都將產(chǎn)生直接的影響，因此需對(duì)聲速加以修正。吸取幾個(gè)圖的優(yōu)點(diǎn)而避免他們的缺點(diǎn)，然后結(jié)合分析設(shè)計(jì)超聲波的發(fā)射與接收電路。這樣電路很簡(jiǎn)單與實(shí)用。整機(jī)工作電流約25mA。圖45 40khz超聲波發(fā)射電路 40kHZ超聲波發(fā)射電路之四，由LM555時(shí)基電路及外圍元件構(gòu)成40kHZ多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)電阻器RP阻值，可以改變振蕩頻率。NE555的內(nèi)部中心電路是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。由電路可知電容C的放電時(shí)間t1＝R2Cln2，充電時(shí)間t2＝（R1+R2）Cln2，即可得出輸出脈沖的頻率為：f＝1/t1+t2。因?yàn)槌暡ㄌ筋^是一個(gè)感性元件，在一定程度上會(huì)表現(xiàn)出電感的性質(zhì)。通過(guò)波形整形，積分器，檢波器，帶通濾波，限幅放大和前置放大等實(shí)現(xiàn)接收超聲波的功能。探頭收到的回波信號(hào)經(jīng)OUT口回到電路中，經(jīng)過(guò)電容C10耦合，只保留測(cè)距需要的交流信號(hào)。故本次設(shè)計(jì)用它來(lái)做接收電路。數(shù)碼管的選擇上，為了使數(shù)碼管亮度大，本人選擇了共陽(yáng)極的數(shù)碼管，數(shù)碼管管腳接到低電平發(fā)亮。為了解決測(cè)量范圍和測(cè)量精度之間的矛盾，我們采用雙頻測(cè)距的方法。由于發(fā)射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經(jīng)被測(cè)物就直接繞射到接收器上，造成發(fā)送部分與接受部分的直接串?dāng)_問(wèn)題。同時(shí)，由于介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，介質(zhì)的稠密和稀疏部分之間進(jìn)行熱交換，從而導(dǎo)致聲能的損耗，這就是介質(zhì)的吸收現(xiàn)象。溫度的變化會(huì)導(dǎo)致電路參數(shù)的變動(dòng)，產(chǎn)生干擾:以及電磁干擾等等。用電器在開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)都會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)強(qiáng)度不一的電壓跳變。（5）供電系統(tǒng)的抗干擾供電系統(tǒng)常采用下列幾種抗干擾措施:① 交流穩(wěn)壓器。④ 獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電。 溫度對(duì)超聲波測(cè)距的影響在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，對(duì)超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。下面將對(duì)匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言的特點(diǎn)進(jìn)行比較。C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)，運(yùn)算速度快，編譯效率高，有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。因此，利用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為單片機(jī)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的必然趨勢(shì)。 //發(fā)讀內(nèi)部9字節(jié)內(nèi)容指令 c=read()。 }else{return r。}float Dis_count() //距離計(jì)算函數(shù){ float cm。 //先采一次溫度 for(w=11。 LED_Data=0xff。//采溫度并轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED顯示值 show(25)。 show(25)。 //設(shè)定時(shí)器T0、T1工作于16位定時(shí)/計(jì)數(shù) 模式 EA=1。 //允許T1中斷 EX0=1。 dis=Dis_count()。 show(10)。對(duì)一些疑難的問(wèn)題，我得到了老師和同學(xué)的幫助。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和踏實(shí)的工作作風(fēng)也給我留下了非常深刻的印象，我不僅學(xué)到了研究的方法，更令我明白了一個(gè)很重要的道理：做學(xué)問(wèn)應(yīng)以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，腳踏實(shí)地一步一個(gè)腳印地認(rèn)真去做，切不可好高鶩遠(yuǎn)急躁冒進(jìn)，這些都使我受益匪淺，也極大的激勵(lì)了我，使我能在緊張的時(shí)間里完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)并達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 //18b20定義端口sbit bell=P2^2。 //定義T1中斷1標(biāo)志位bit tu=0。//0~9 //第一位數(shù)碼管顯示段