【正文】 兩 年來，電氣工程與 自動化學院的領(lǐng)導、老師在學習、生活上給予了我 大量的指導和幫助， 使得我 能夠順利接受本科專業(yè)知識的學習。 此超聲波測距電路的單片機程序采用 C 語言編寫，包括主程序、顯示程序、中斷程序、超聲波發(fā)射程序等。 根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。檢查時需要萬用電表的使用。在確定元件原理圖和封裝完全正確后就可以進行電路板的布局布線了。 圖 52 系統(tǒng)仿真結(jié)果 從 上圖看出， ，由于軟件是連續(xù)發(fā)送四次 40KHz 的信號，周期為 25微秒 ，一個周期剛好占用兩格 （每格設(shè)定為 ） ，所以 所示波形完全符合要求， 此時我們可以看到 LED 顯示 CCC 字 樣，意為超出測量范圍，由于超聲波接收部分無法做到仿真，接收不到超聲波返回的信號，故顯示結(jié)果滿足要求。 delay(50)。 LED2=0。 buffer[2]=convert[xm0]。 } else if (jszmq) { buffer[0]=0xFE。 csbint=1。 i=yzsj。 TH1=0x00。 //調(diào)用超聲波測量 } bgcl()。 csbsc()。 //定時器 0中斷允許 TH0=0xD8。當檢測到 腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時，立即停止 T0 計時。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 。 由于 本測距系統(tǒng) 采用的是LED 數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，為保證系統(tǒng)統(tǒng)計的可靠正常工作，系統(tǒng)的供電方式 采用 交流 AC6V， 6伏交流是經(jīng)過整流二極管D1D4整流成脈動直流后，經(jīng)慮波電容 C1慮波后形成直流電， 電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設(shè)計中需要用穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805來獲得穩(wěn)定的 +5V 直流電壓， LM7805引腳排列和典型應(yīng)用如河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 下圖 310所示。 本系統(tǒng)采用三位一體 L E D 共陽 數(shù)碼管顯示所測距離值，如圖 38。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58 ＝ 40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89C52單片機可用的 I/O 端口才 32 ，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 D6的作用 是整流作用，而且能使電流方向始終流向后端的三極管 。 由 K1， K2 組成測距系統(tǒng)的按鍵電路 ,用于設(shè)定超聲波測距報警值。在設(shè)計電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量靠近單片機，以避免干擾。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 P1口： Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I／ O口， Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。 STC89C52 各端口 STC89C52 單片機如右圖 32所示 系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、 報警模塊 、 接收模塊鍵盤模塊和供電單元組成。若在圖 a 所 示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖 b 所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 根據(jù)計時器記錄的時間 t (見圖 21)，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離( s ) ，即 : s = v t / 2 。 超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。人能聽見聲音的頻率為 20Hz～20kHz，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即 20Hz 以下的聲音稱為次聲波，20kHz 以上的聲音稱為超聲波 ，其是由機械振動產(chǎn)生的 。其系統(tǒng)框圖如圖 21所示。 本系統(tǒng)利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時。 Pell鋤和 Galt于 1946年提出了脈沖回波法，其工作原理是：用超聲脈沖激勵超聲探頭向外輻射超聲波，同時接收從被測物 體反射回來的超聲波 (簡稱回波 )，通過檢測或估計從發(fā)射超聲波至接收回波所經(jīng)歷的射程時間 ToF(Time of Flight)，按下式 11所示 計算超聲波探頭與被測物體之間的距離 d，即 ： ToFd 21? （ 1－ 1） 其中， c為空氣介質(zhì)中聲波的傳播速度 。檢測超聲按照用途又可以分為超聲檢驗和超聲測量兩種方式，超聲檢驗是利用超聲波迸行 介質(zhì)和部件內(nèi)部缺陷的探測，如絕緣材料老化過程中出現(xiàn)的分層、裂紋等缺陷。沿著這個思路， 60 KHz 的超聲發(fā)生裝置很快被研制出來。蝙蝠生活在黑暗的洞穴中，卻絲毫不受光線和天氣的影響，可以靈活的飛行和捕食，是因為它的耳朵和發(fā)聲部位組成了一個小型“回聲定位導航”系統(tǒng)。該系統(tǒng)電路設(shè)計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。 關(guān)鍵詞 ： 超聲波 ； 單片機 ； 測距 ； STC89C52 II ABSTRACT Strong point as a result of ultrasonic energy consumption slow, in the medium distance transmission, which are often used for ultrasonic distance measurement, such as range finders and all level measurement can be achieved through ultrasound. The use of ultrasonic testing are relatively rapid, convenient, simple, easy to do realtime control and measurement accuracy can meet the practical requirements, so in the mobile robot has been developed on a wide range of applications. This subject has introduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail ,and the performance and characteristic of onechip puter STC89C52 ,and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range ,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range ,provide low cost , the hardware circuit of high accuracy , ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking STC89C52 as the core ,this circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon , calculating simple , apt to acplish realtime control ,and can reach industry39。蝙蝠利用其特殊的喉部發(fā)出含有超聲的唧唧叫聲，超聲遇到障礙物時即反射回來并被蝙蝠不尋常的靈敏耳朵和高度發(fā)達的聽覺皮膚所接收和翻譯，使蝙蝠能夠快速準確的獲取信息。但這些機械式超聲產(chǎn)生裝置對能量的轉(zhuǎn)化都屬于不可逆的，應(yīng)用不夠靈活，因此壓電式換能器應(yīng)運而生。而超聲測量則是利用和絕緣材料特性和狀態(tài)有關(guān)的非聲學量 (如固體的彈性、硬度、黏結(jié)強度、應(yīng)力等 )與某些描述絕緣的超聲特性量 (如聲速、衰減、相位、頻譜等 )之間存在的關(guān)系，通過這些超聲量的測定來分析介質(zhì)的特性、評價介質(zhì)質(zhì)型。 相位差法與脈沖回波法的不同體現(xiàn)在對回波的處理方式上，由超聲波換能器接收端獲得調(diào)制聲波的回波，經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換后，得到與放大的相位完全相同的河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 電信號，此電信號放大后與光源的驅(qū)動電壓相比較，測得兩個正弦 電壓的相位差，根據(jù)所測相位差就可算得所測距離。系統(tǒng)定時發(fā)射超聲波，在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器，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。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 圖 11 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)框圖 這種以單片機為核心的超聲波測距系統(tǒng)通過單片機記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。它主要有以下特性： （ 1）聲速特性 超聲波速度受介質(zhì)溫度、壓力等因素的影響，但在相同外部環(huán)境下，超聲波在同一介質(zhì)中的傳播速度是一常數(shù)。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限 。 圖 21 超聲波測距時序圖 壓電式超聲波發(fā)生器工作原理 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類 : 一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。 超 聲 波 發(fā) 射 模 塊超 聲 波 接 收 模 塊S T C 8 9 C 5 2 單 片 機供 電 單 元顯 示 模 塊鍵 盤 模 塊報 警 模 塊圖 31 系統(tǒng)設(shè)計框圖 STC89C52 單片機 STC89C52 是一種低功耗、高性 能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。 Vcc：電源電壓 對端口寫“ l”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 Flash編程或校驗時， P2亦接收高位地址和其它控制信號。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 圖 33 所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。除 PC 之外，復位操作還對其他一 些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表 31所示 ，主要功能如 表 32所示。需要注意的是：電路板時，振蕩器和電容應(yīng)盡量安裝得與單片機靠近，以減小寄生電容的存在更好的保障振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作 。 其下限值為 40cm，要根據(jù)被測物距離和超聲波兩探頭之間的距離組成的張角來確定，本設(shè)計經(jīng)實物焊接調(diào)試后張角大約為 60 度，這里一般設(shè)定報警值為 50cm，即可進行短距離的在誤差范圍之內(nèi)的精準測量。測距中，當有障礙物時，超聲波回波返回，經(jīng)過接收放大后，會產(chǎn)生一個低電平信號， 輸入至單片機 ， 利用這個信號觸發(fā) STC89C52單片機的外部中斷，從而停止計時，計算從發(fā)射到接收的 時間，就是超聲波的傳輸時間。 超聲波測距系統(tǒng)的顯示要求比較簡單，測量結(jié)果采用十進制數(shù)字顯示。數(shù) 碼管采用動態(tài)掃描 顯示，段碼輸出端口為單片機的 P2口 ， 位碼輸出端口分別為單片機的 、 、 ,數(shù)碼管 位 驅(qū)運 用 PNP三極管 S9012 三極管 驅(qū)動。 輸入電壓（ 21V）經(jīng)過 7805的穩(wěn)壓輸出 +5V 的三端 穩(wěn) 壓集成電路進行穩(wěn)壓后輸出 5伏的 直 流電供整個系統(tǒng)用電，為進一步提高電源質(zhì)量， 5伏的直流電再次經(jīng)過 C C4 濾波。 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。 由 于采用 單片機采用的是 12 MHz 的晶振，計 時 器每計一個數(shù)就是 1μs ，當 超聲波測距子程序 檢測到接收成功的標志位后，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 。 啟動定時器測量標志超聲波測距顯示結(jié)果距離 報警值報警輸出測量段碼轉(zhuǎn)換N= 1= 0Y開始初始化超聲波測距啟動計時器 T 0延時避開盲區(qū)計算測量值發(fā)送超聲波停止計時結(jié)束收到回波 ？標志位 = 1 ？預設(shè)時間 ？NYYNNY河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 TL0=0xF0。 mqjs()。 //調(diào)用報警處理程序 timeToBuffer()。 TL1=0x00。 while(i) { } i=0。 jsz=s*csbc。 buffer[1]=0xFE。 if