【正文】 是 1μs ,當(dāng)主程序檢測(cè)到接受成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波往返所用的時(shí)間）按式 D=vt/2=172 T0/10000cm（ ） 計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距離之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃ 時(shí)的聲速 344m/s。超聲波發(fā)射中要發(fā)射一串脈沖，實(shí) 驗(yàn)證明， 8～ 10 個(gè)脈沖最佳。超聲波發(fā)射后，立即引起了接收探頭誤動(dòng)作，如果此時(shí)計(jì)算從發(fā)射到接收的時(shí)間將得到錯(cuò)誤值。當(dāng)超聲波發(fā)射器與接收器互成 120176。 再次對(duì)該裝置設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的主程序流程，分析各個(gè)中斷程序和主程序之間的關(guān)系，用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言逐個(gè)實(shí)現(xiàn)了各自的功能模塊。 41 參考文獻(xiàn) [1]劉君華，湯小軍 .控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南 [M].北京： 電子工業(yè)出版社 ， 2020 [2]韓立群 .智能控制理論及應(yīng)用 [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [3]侯媛彬 ， 智能控制技術(shù) [M].北京： 北京工業(yè)大學(xué)出版 ， 2020 [4]陳杰 ， 黃鴻 .傳感器與檢測(cè)技術(shù) [M].北京： 高等教育出版社 ， 2020 [5]胡瑞，周錫青 .基于超聲波傳感器的測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].科技信息 ， 2020,29(2):2631 [6]松井邦彥 .傳感器應(yīng)用技巧 [M].北京： 科學(xué)出版社 ， 2020 [7]劉亮 .先進(jìn)傳感器及應(yīng)用 [M].北京： 北京化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2020 [8]許力 .智能控制與智能系統(tǒng) [M].北京： 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距離成反比。但對(duì)連續(xù)測(cè)距來(lái)說(shuō)，要設(shè)置兩次測(cè)距間的時(shí)間間隔，等前一次發(fā)射的超聲波基本衰減消失后，再啟動(dòng)下一次測(cè)距。在開始發(fā)射超聲波的時(shí)刻 T0 開始計(jì)時(shí)，等待 INT1 中斷，在 INT0 中斷時(shí)停止計(jì)時(shí)，在中斷程序讀出 TH0、 TL0 的值。 主函數(shù)程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA并將顯示端口 P1 和 P3 清 0。 (2)單片機(jī)連續(xù)發(fā)射 40KHZ 的脈沖波，立即啟動(dòng) INT0，系統(tǒng)進(jìn)入中斷后激活系統(tǒng)，等待 計(jì)數(shù)值滿產(chǎn)生中斷，開始啟動(dòng)接收程序。 在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要 掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 圖 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 在圖 中，只要使不同段的發(fā)光二極管，即可改變所顯示的數(shù)字和字母， LED 七段數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部 LED 的連接方法不同，有共陰極和共陽(yáng)極兩種接法，在共陽(yáng)極接法中，當(dāng)某一段發(fā)光二極管輸入為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管亮，反之則熄滅。而在數(shù)字電路中，一般要給每個(gè)芯片的電源引腳上并聯(lián)一個(gè) 的電容到地（這個(gè)電容叫做退耦電容，當(dāng)然也可以理解為電源濾波電容 ,越靠近芯片越好） ， 因?yàn)樵谶@些地方的信號(hào)主要是高頻信號(hào)，使用較 小的電容濾波就可以了 。 26 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ ，沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。 4腳：接地端。 缺點(diǎn)：必須保證接收到的信號(hào)為 40KHz，否則無(wú)法解調(diào)出。紅外遙控常用的載波頻率為38KHz，這是由發(fā)射端所使用的 455KHZ 晶振來(lái)決定的。 22 E、 在系統(tǒng)可編程 ,無(wú)需編程器 ,可遠(yuǎn)程升級(jí) F、 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可 以不用，不用時(shí)reset 腳直接短到地 。有 32 腳 PLCC(27 個(gè) I/0 口 )， 28腳 DIR(23 個(gè) I/O 口 )， 20 腳 DIP(15 個(gè) I/O 口 ).三種封裝形式，在芯片型號(hào)命名上 。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。直流電源組成如圖 3— 4所示。 電源電路 16 圖 電源電路原理圖 本系統(tǒng)中使用到的電源包括 +5V 和 +12V，其中 +12V 電壓由直流穩(wěn)壓電源提供，通過(guò)電源接頭提供給電路板。而氣介式超聲回波測(cè)距儀，一般頻率都較低，易引入工業(yè)噪聲。通過(guò)對(duì)溫度修正來(lái)校正聲速的方法，即用測(cè)溫元件測(cè)量實(shí)際環(huán)境。 13 但是，當(dāng)探測(cè)距離很遠(yuǎn)時(shí)，為了增大發(fā)射功率，須采用特殊形式的大功率超聲發(fā)射傳感器，但這些傳感器的接收靈敏度一般很低，甚至無(wú)法用于接收，在這種情況下，選用兩個(gè)換能器分別用于發(fā)送和接收。 在使用一個(gè)探頭同時(shí)充當(dāng)發(fā)射和接收的情況下，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強(qiáng)達(dá)幾十伏甚至上百伏以上，雖然發(fā)射信號(hào)只維持一個(gè)極短的時(shí)間，但停止施加發(fā)射信號(hào)后，探頭上還存在一定的余振，因此在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍是相當(dāng)強(qiáng)的，可以達(dá)到限幅 電路，引起探頭振動(dòng)，不能進(jìn)行正確的測(cè)量，同時(shí)，探頭上接收到的各種反射信號(hào)卻遠(yuǎn)比發(fā)射信號(hào)小，即使是離探頭較近處的液面反射信號(hào)也達(dá)不到限幅電路的限幅電平。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。θ為攝氏溫度 。 r 為 氣體的比熱比 。下圖 24 就是超聲波傳感器的指向圖。因此超聲波接收器具有很好的頻率選擇特性，在構(gòu)成遙測(cè)系統(tǒng)時(shí)一般不再設(shè)置選頻電路。 正壓電效應(yīng)是指當(dāng)對(duì)某電介質(zhì)施加應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生的變形將引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生極化，在介質(zhì)兩端面上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與應(yīng)力成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。超聲換能器的種類很多，按照實(shí)現(xiàn)超聲傳感器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動(dòng)式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。其最佳工作頻率 75 kHz， 適于中程范圍測(cè)量 ， 最大量程 10 m ， 盲區(qū) 20 cm， 脈沖觸發(fā)模式工作。聲阻抗定義為傳聲介質(zhì)的 密度 ρ 與聲速 c 的乘積，用 Z 表示。 聲速與介質(zhì)的許多特性有關(guān)，有的關(guān)系非常直接，可有精確的理論公式，有的關(guān)系比較間接而復(fù)雜，但在特定條件下，也可建立一些經(jīng)驗(yàn)公式，例如介質(zhì)的成分、混合物的比例、溶液的濃度、某些液體的比重等，都可以與聲速建立一定關(guān)系，這樣就可以通過(guò)聲速來(lái)測(cè)定這些特性參數(shù)。超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣燃唇橘|(zhì)的聲速。 課題研究方案是根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，采用單片機(jī)作為主控制器，控制超聲波的接收和發(fā)射，并用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成因?yàn)椴煌某暡òl(fā)生器產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，本設(shè)計(jì)要進(jìn)行近距離測(cè) 量，所以選用利用電氣方式產(chǎn)生超 聲波的超聲波發(fā)生器 — 壓電式超聲波換能器。 杰創(chuàng)立儀器有限公司生產(chǎn)的 UD2500 型超聲波測(cè)距儀，可以實(shí)現(xiàn)公英制直接轉(zhuǎn)換；測(cè)量基準(zhǔn)選擇；記憶 /調(diào)出記憶數(shù)據(jù)；計(jì)算面積和體積；五組不同的記憶體；累加長(zhǎng)度和；自動(dòng)關(guān)機(jī)功能； LED 背光顯示；按鍵聲提示；出錯(cuò)聲提示；確認(rèn)聲音提示 :面積測(cè)量功能；距離測(cè)量功能；體積測(cè)量功能；累加求和功能。 本領(lǐng)域的研究歷史與現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)距儀的發(fā)展主要采用引進(jìn)加仿制等手段，還有許多合資企業(yè)代理國(guó)外相應(yīng)產(chǎn)品。 研究背景和意義 超聲波測(cè)距是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法，和激光、渦流和無(wú)線電測(cè)距方法相比，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素的影響的優(yōu)點(diǎn)，在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測(cè)量、機(jī)器人定位 避障 方面得到了廣泛的應(yīng)用。Silent Wave。 針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)遇到各種障礙物并需要合理的避開，以移動(dòng)機(jī)器人為平臺(tái)，利用超聲測(cè)距原理，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一種基于超聲裝置的移動(dòng)機(jī)器人避障系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)好的超聲測(cè)距儀就顯得非常重要了。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ； 超聲波 ； 測(cè)距 II Ultrasonic device application in mobile robot detection function Abstract With the development of society, the demand on the measurement of distance or length is increasing. Ultrasound device in the mobile robot detection function has a wide range of applications in social life, such as cars reversing radar， range finder and level measurement and so on. Control System is the core ponent of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic r