【正文】 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 圖 Keil C51 編程界面 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計基于 STC89C52 單片機控制單元，利用超聲波傳感器構(gòu)成的發(fā)射接受電路測量與目標(biāo)物之間的距離。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 26 頁 4 軟件設(shè)計 說明軟件設(shè)計原理及設(shè)計所用工具 軟件的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，框圖，先制定各部分程序的流程圖，然后再根據(jù)流程圖編寫各部分程序，通過調(diào)試各部分程序運行正確無誤后，再進行主程序的調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預(yù)期的功能。但 C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參 數(shù)為 R1=， C1=1μ F。 ℃； (6)無需外部元件，獨特的一線接口，電源和信號復(fù)合在一起； (7)每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。DS18B20 支持“一線總線”接口（ 1Wire），測量溫度范圍為 55176。 (11)指令 11：讀數(shù)據(jù)。 (4)指令 4：顯示開關(guān)控制。 (7)第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 ?漢字顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根 據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)??直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個完整漢字。 （ 3） 體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。超聲波測距的算法 設(shè)計 : 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340 米（ 15 度 時）。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如 下圖所示。（ 1）變壓器是這一電源電路起始部分，將 220V 的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楸驹O(shè)計所需的較低的電壓，就可以進行下一階段的整流部分。 HRSR04 超聲波集成模塊采用的是 I/O 觸發(fā)測距，給至少10 us 的高電平信號。 CX20xx6A 芯片的 5腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進行調(diào)節(jié)，而且不用再外接其他的電感，能夠很好地避免外加磁場對芯片電路的干擾，而且它的可靠性也是比較高的。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 倍數(shù)也要比較大。 C/LSB 形式表達。它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳，如圖 所示： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 表 LCD1602 操作指令 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1，E=1 RS=0， RW=0， D0D7=指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1，E=1 RS=1， RW=0， D0D7=數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 溫度采集 DS18B20電路 0011 0000 [0x38]設(shè)置 16 2顯示， 5 7點陣， 8位數(shù)據(jù)接口； (2)顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1有效 )、 C 光標(biāo)顯示 (1有效 )、 B 光標(biāo)閃爍 (1有效 ) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加 1 amp。 (6)第六腳 EN：使能端，當(dāng) EN由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行命令。 通過單片機軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號從 口送到三極管 C9013 的基極，控制著電壓加到蜂 鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。一般取 R? 1 ?K ， C? 22uF。 （ 5） AT89S52 晶振頻率高達 24M，運行速度更快。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 圖 主控制器電路 單片機作為一種微控制器，在日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，而在基于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，單片機本身正常運行所需要的資源基本上是固定不變的，而單片機的最 小系統(tǒng)就是一個能夠滿足單片機本身運行要求的基本系統(tǒng)，因此，設(shè)計最小系統(tǒng)對于基于單片機的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計具有很大的意義。 與前幾種測距方式相比 較 ，超聲波測距可以直接測量近距離 的 目標(biāo)，適用范圍廣 、縱向分辨率高 、 方向性強，并 且 具備不受煙霧、光線、電磁干擾等因素 的 影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點。根據(jù)計量本機與目標(biāo)渡越的時間方法的不同，可以把激光測距儀分成兩種類型：脈沖式激光測距儀和連續(xù)式激光測距儀。一般溫度每升高 1℃ ， 速增加約為 。發(fā)射器發(fā)出的超聲波以 速度 v 在空氣中傳播，在空氣中傳播至 障礙 物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，可得 超聲波在介質(zhì)中的 往返時間 t， 即可算出 障礙物 與超聲波發(fā)射器的距離 。 本設(shè)計采用的方法是相位式測距法，激光相位測距中，通過把連續(xù)的激光進行幅度調(diào)制，調(diào)制光的光強會做周期性變化，最后測定出調(diào)制光往返的相位 變化就能求出距離 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 和時間?？蓪崿F(xiàn) 的測距范圍 在 內(nèi)，盲區(qū) 7cm 的有效測距，測量精度 是 1cm，測量時與被測物體 沒有 直接 的 接觸，能夠在 液晶顯示器 上穩(wěn)定的顯示測量結(jié)果。特 別是 運 用 在 空氣測距 當(dāng)中 ，由于空氣中 超聲波 波速較慢，其回波 信號 中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu) 信息 就 很輕易 的被 檢測出來，具有很高的分辨力， 因而其正確 率 也 比 其它方法要 高；而且超聲波 傳感器 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、信號處理可靠等特點。 基于 超聲波 的 指向性強 、 能量消耗 較少、傳播距離較遠 ， 所以 超聲波常常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。 八十年代后期， 隨著 計算機技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析 能夠得以實現(xiàn) 。 因此，涵 洞 的排污疏通對城市給排水系統(tǒng) 的 污水處理，人們生活 的 舒適 程度 顯得非常重要。 面向 未來，超聲波測距 系統(tǒng) 作為一種新型的 測量 工具在各 領(lǐng)域 都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方 向發(fā)展，滿足日益發(fā)展的社會需求 。 不用懷疑 ，無線的超聲波測距 系統(tǒng) 將 向 自動化智能化 靠攏 ，與其他的測距 系統(tǒng) 集成和融合，形成多 類型 測距儀。而設(shè)計研制涵 洞 排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在涵 洞 中自由排污疏通，是涵 洞 排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分。目前國內(nèi)也 陸陸續(xù)續(xù) 出現(xiàn)了各類數(shù)字化超聲波測距設(shè)備，并已 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 本課題研究的主要內(nèi)容 超聲波 指的是 頻率高于 20KHz 的機械波。超聲 測距系統(tǒng) 研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。利用超聲波 檢測 優(yōu)點就是比較迅速、計算簡單、易于做到實時 控制 ，并且 測量精度也更容易達到工業(yè)實用的要求。因此本設(shè)計也是利用超聲波來測量距離。該測距系統(tǒng) 測量精度高，使用方便。相位式激光測距的原理圖如圖 所示。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 vtH 21? (25) 由式 （ 25）可知， 因此容易得出，只需要測量出超聲波往返時間，就可以算出發(fā)射器到障礙物之間的距離。由此可見溫度對于超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。 方案三采用基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)， 超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往調(diào)試困難 、 可靠性差 、 可擴展性差，所以基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。 因此本設(shè)計的實現(xiàn)我采用了方案三。 引腳功能： P0 口 接入 LCD 數(shù)據(jù)端顯示數(shù)據(jù) ， P20~P22 送命令到 LCD 控制 LCD 的顯示方式。 （ 6） AT89S52 價格也比較便宜 6 元 /片 。 尤其注意的是在實際電路設(shè)計時，應(yīng)該注意盡量保證外接的振蕩器和電容靠近單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳處，這樣可以減小寄生電容的影響， 使得振蕩器能夠穩(wěn)定可靠 地為單片機 CPU 提供時鐘信號。 圖 蜂鳴器電路 通過單片機軟件產(chǎn)生 的信號從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。 (7)第 714腳： 8位數(shù)據(jù)線 D0D7。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。其中高五位為擴展符號位。 超聲波接收電路主要是由集成電路 CX20xx6A 芯片 電路 構(gòu)成的 。 CX20xx6A 芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力，而且靈敏度也比較高，所以，能滿足本設(shè)計的要求。另外，此模塊可以自動發(fā)送 8 個 40 kHz 的方波脈沖，并能夠自動檢測是否有信號返回，如果檢測到有信號返回則通過 I/O 口輸出高電平，高電平的持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回所用的時間，則，所測量的距離 =（高電平時間聲速）/2。 （ 2） 單相橋式整流電路，就是將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為所需電壓，整流電路由四只整流二極管組成。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 圖 314 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 315 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其測距原理論述如下： 在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。 X2 是聲波返回的時刻， X1 是聲波發(fā)聲的時刻， X2X1 得出的是一個時間差的絕對值，假定X2X1=，則有 340m =。 （ 4） 功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能 ： 1602LCD 分為