【正文】 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW0,5,S%100/10 +39。 while(Echo_bit) 。 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW1,10,0xdf) 。 unsigned temp=0 。 同時我還要感謝和我 一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短幾個月里，給了我不少的幫助和支持，提出了許多寶貴的意見，正因?yàn)槿绱?，我才能成功地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。另外加上環(huán)境溫度、氣流等的影響，使超聲波測距系統(tǒng)受到干擾尤為嚴(yán)重。超聲波測距系統(tǒng)的核心單片機(jī)采用 STC12C5A60S2，晶振為 12MHz。 這是由于目前多數(shù)使用晶體振蕩器。 觸發(fā)誤差 由于被測信號經(jīng)放大、整形，門控在產(chǎn)生“開門脈沖”和“ 關(guān)門脈沖”中，噪聲信號、干擾信號的摻入，使觸發(fā)的時間可能提前或滯后，給測量結(jié)構(gòu)帶來了隨機(jī)誤差，該誤差與信號的觸發(fā)波形有很大關(guān)系。 系統(tǒng)軟件調(diào)試方法及過程 軟件的調(diào)試是運(yùn)用模塊化調(diào)試，通過觀察存儲單元數(shù)據(jù)的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯誤，具體的調(diào)試步驟如下： （ 1）把系統(tǒng)的各個模塊在仿真軟件中逐個調(diào)試，如中斷模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射和接收模塊等。檢測和修改完成后，為下一步通電檢測排除了短路的危險(xiǎn)和由于虛焊引起的檢測結(jié)果不真實(shí)的麻煩。這樣不但方便電路調(diào)試、及時發(fā)現(xiàn)問題，而且在這個硬件電路焊接完成的同時系統(tǒng)硬件的調(diào)試工作也就完成了。系統(tǒng) 開始先顯示溫度，然后顯示所測距離。所以必須對溢出中斷進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才能使得單片機(jī)正常工作。將所測量的距離與當(dāng)前環(huán)境的溫度進(jìn)行顯示。 程序中對測距距離的計(jì)算方法是按 S=N(+ temp)/20210(cm)進(jìn)行計(jì)算的，其中， N為計(jì)數(shù)器的值， temp 為當(dāng)前環(huán)境溫度，聲速的值取為 (+ temp)m/s。 LM7805 是用來穩(wěn)壓的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 DS18B20 溫度傳感器有以下特點(diǎn)： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，與數(shù)碼管相比，顯得更專業(yè)、美觀。 HCSR04 超聲波集成模塊采用的是 I/O 觸發(fā)測距，給至少 10μ s的高電平信號。 CX20216A 芯片的 5 腳在外接電阻對它的帶通濾波器的頻率進(jìn)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。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器其結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。金屬板的中心有圓錐形振子，發(fā)送超聲波時，圓錐形振子 有較強(qiáng)的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波 。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖 32 所示。 當(dāng)單片機(jī)從外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機(jī)器周期內(nèi)輸出 2 個脈沖即兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線 P0 口讀回指令或常數(shù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 引腳上的內(nèi)容在此期間 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 不會改變。 （ 3） 復(fù)位引腳 RST（ 9） 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，只要有有兩個機(jī)器周期即 24 個振蕩周期以上的高電平在這個引腳出現(xiàn)時，那么就將會使單片機(jī)復(fù)位，如果將這個引腳保持高電平，那么51單片機(jī)芯片就會循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位。本章節(jié)將詳細(xì)介紹各模塊的電路結(jié)構(gòu)與功能。 溫度 測量傳感器選擇 溫度模塊主要用于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度補(bǔ)償功能，根據(jù)所采集的溫度 數(shù)據(jù)來修正 測距系統(tǒng) 中 的聲速 。 在超聲波測量 系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多 。 （ 4）單片機(jī)的功耗。 同時，單片機(jī)的選擇也至關(guān)重要。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 控 制 模 塊S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2超 聲 波 發(fā) 射 電 路超 聲 波 接 收 電 路溫 度 測 量 模 塊顯 示 模 塊報(bào) 警 模 塊圖 22 超聲波測距系統(tǒng)硬件框圖 本設(shè)計(jì)由 Keil 編程軟件對單片機(jī)進(jìn)行編程 ，單片機(jī)在執(zhí)行程序后由 I/O 口產(chǎn)生 40kHz 的脈沖信號通過 74LS04 電路進(jìn)行放大并送到到超聲波發(fā)射探頭，產(chǎn)生超聲波。 表 21 不同溫度下的超聲波波速 溫度 T/℃ 30 20 10 0 10 20 30 聲速 v/m 相位差法與脈沖回波法的不同，主要體現(xiàn)在對回波的處理方式上，由超聲波換能器的接收端獲得調(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電信號，此電信號放大后與聲源的驅(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。測試傳輸 時間可以得出距離。 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析。 論文構(gòu)成分為五章，每一章的主要內(nèi)容如下： 第 1 章 緒論。這使得我國在超聲波測距系統(tǒng)的性能以及精度等方面都有很大的提高。 隨著機(jī)器人技術(shù)在其誕生幾十年后得到迅猛的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用范圍也逐步從軍事行業(yè)走向工業(yè)成產(chǎn)以及人們的生活。 超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)的模擬 電路 或者數(shù)字電路構(gòu)建，但是基于這些傳統(tǒng)電路 所 構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差，調(diào)試?yán)щy，可擴(kuò)展性 較 差，所以 目前 基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式，所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光 、力、 電 、熱等方法所無法達(dá)到的作用。 超聲波是指頻率在 20KHz～ 106KHz 的機(jī)械波，在空氣中的傳播速度 約 為340m/s，波長為 ～ 10cm。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，傳感器是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、壓力傳感器等等，其中超聲波傳感器在測量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。 它 有兩種 形式：橫向振蕩及縱向振蕩。近年來，隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與 日趨 成熟，其在 新型 材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強(qiáng)化以及 污水 廢水處理等領(lǐng)域都 取 得了廣泛的應(yīng)用。通過簡單 的外圍電路 實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 生和接收超聲波 的功能 ，單片機(jī)通過采樣 測 取 得 到超聲波 的 的傳播時間，用軟件來計(jì)算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進(jìn)行測距補(bǔ)償，其測量電路 具有精 巧，精度高，反映速度快，可靠性好 等優(yōu)點(diǎn) 。 由于工業(yè)機(jī)器人的自動測距、機(jī)械加工自動化等方面的需求， 機(jī)器人通過感知系統(tǒng)察覺前方障礙物以及周圍環(huán)境來實(shí)現(xiàn)繞障﹑自動尋線﹑測距等功能的需要，這使得超聲波測距方面的技術(shù) 得到很大的發(fā)展。隨著超聲波回波信號處理方法的不斷完善，如何研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進(jìn)一步拓寬超聲波測距的應(yīng)用空間，作為解決超聲波測距系統(tǒng)不足的根本手 段，越來越受到國內(nèi)學(xué)者關(guān)注。包括課題的背景， 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ，研究內(nèi)容與方法，論文內(nèi)容說明等。對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 ,對硬件與軟件調(diào)試進(jìn)行分析 以及對誤差進(jìn)行分析。 超聲波發(fā)射器以與水平方向成θ角度對外發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計(jì)時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到返回波就立即停止計(jì)時。 采用相位比較法時，測距精確度有了很大的提高，但這種方法本身存在明顯的缺陷。s1 313 319 322 331 337 344 350 所以， 本次 設(shè)計(jì) 我們考慮 到 溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確。 由超聲波測距時序圖可以看出，超聲波測距模塊的發(fā)射端在 T0 時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計(jì)時，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時器停止計(jì)數(shù)。目前，市面上的單片機(jī)的種類繁多，并且他們在功能方面也是各自有各自的特點(diǎn)。例如，如果信號線取電只能提供幾 毫安 的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個時候選用 STC 的 單片機(jī)是最合適的。頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大，檢測距離越短，分辨力也變高。 常用的溫度采集元器件為熱敏電阻和 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 單片機(jī)控制模塊 STC12C5A60S2 單片機(jī) STC12C5A60S2 單片機(jī) 是 高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。復(fù)位后的 P0口至 P3口均置于高電平，這時程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零。 P3 口 （ 10～ 17） 也是一個帶內(nèi) 部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口能驅(qū)動4個 LSTTL 負(fù)載，這 8個引腳還用于專門的第二功能。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN___________ 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 將不會有脈沖輸出。圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 超聲 波測距模塊 超聲波傳感器介紹 超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。它有兩個壓電晶片和一個共振板。接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。 CX20216A 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(jì)的要求。另外，此模塊可以自動發(fā)送 8 個 40kHz 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。使用時，可將 P0與 LCD的數(shù)據(jù)線相連， P2 口與 LCD 的控制線相連，如圖 37所示。 單總線數(shù)據(jù)通信 以上兩個特點(diǎn)使得本次設(shè)計(jì)中，溫度可以測得相對較精確的溫度值，超聲波測距更為準(zhǔn)確，同時單總線的數(shù)據(jù)通信方式也有 效地簡化了硬件設(shè)計(jì)的接線。由其組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。 該系統(tǒng)主程序需調(diào)用以下子程序： （ 1）系統(tǒng)初始化子程序。 （ 5）判斷報(bào)警子程序。同時由于電路的測量距離有限最 遠(yuǎn)為 5 米，當(dāng)測量距離超出 5米時，接收探頭就不能檢測回波，即不能產(chǎn)出外部中斷更不可能關(guān)閉定時器。當(dāng)距離在 10 厘米到 5 米之間時，則顯示所測距離；當(dāng)所測距離不在這個范圍之內(nèi)時，就會顯示 Error，接著返回主程序。 軟件調(diào)試步驟是先對各個模塊進(jìn)行單獨(dú)測試。 上電測試 由于系統(tǒng)中各模塊的電源電壓均要求為＋ 5V，所以可同時直接將＋ 5V 直流電源接入系統(tǒng)中。 （ 2）對各個需要賦值模塊調(diào)試時，賦入初值，單步調(diào)試，觀察仿真器窗口，看輸出結(jié)果是否為設(shè)計(jì)時想要的結(jié)果。 超聲波回波聲強(qiáng)影響 超聲波回波聲強(qiáng)與被測物的距離有直接的關(guān)系。晶體振蕩器的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度為百萬分之 20 到百萬分之 50級別，對于音速而言，其帶來的誤差在 mm級。外圍電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、報(bào)警電路、顯示電路、電源電路和測溫電路六部分組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個方面著手。 還有我的舍友和身邊的朋友，正是在這樣一個團(tuán)結(jié)友愛、相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和你們的相互幫助中，我才能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)業(yè)。 DS18B20_info g 。 lcd1602AddressWriteByte(LCD1602_ROW1,11,39。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 TR0=0。039。)。 TR0=1 。 lcd1602AddressWriteString(LCD1602_ROW1,0,Tem:)。 unsigned long S=0 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 致 謝 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師武衛(wèi)強(qiáng)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)和撰寫論文的過程中對我給予的指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，從選題到查閱資料，開題報(bào)告的書寫，中期論文的書寫以及格式調(diào)整，后期畢業(yè)答辯等各個環(huán)節(jié)都給予了我悉心的指導(dǎo)和幫助，在此謹(jǐn)向武老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。由于超聲波測 距儀測量的距離比較小，故采用 HCSR04超聲波傳感器作為發(fā)射和接收裝置，雖然也存在一定的自身干擾，但是比發(fā)射與 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 接收采用一只壓電陶瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波往返的時間來計(jì)算出距離。 （ 2）計(jì)時器本身的誤差。超聲波頻率高 對探測較小目標(biāo)有利，有效反射目標(biāo)應(yīng)大于至少 10 個波長以上，對于非垂直于發(fā)射波束的目標(biāo) ，大波束角的傳感器通?？梢垣@得更強(qiáng)的回波信號，而波束角越窄對減小散射波的干擾越有利。檢測溫度傳感器是否能正常運(yùn)行。同時，這個方法也可以檢測出電路中短路的部分。硬件電路的調(diào)試可分為各模塊的調(diào)試和系統(tǒng)電路的調(diào)試，最為妥當(dāng)?shù)姆椒ň褪窃谡{(diào)試好一個模塊后，在這個基礎(chǔ)上再進(jìn)行下一個模塊電路板的焊接與調(diào)