【正文】 DJNZ ACC, CS_T1 POP ACC RET 。 TR0 = 0。在確定各芯片供電和關(guān)鍵管腳處正常后，即可插上 IC 進(jìn)行測試。 表 1 測量數(shù)據(jù) 真實(shí)值（ cm） 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 測量值（ cm） 9 10 22 31 41 48 59 70 82 92 相對誤差（ %） 80 0 10 4 0 真實(shí)值（ cm） 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 測量值（ cm） 102 111 121 129 139 152 163 172 183 194 相對誤差（ %） 2 誤差分析 超聲波測距由于其再使用中不受光照度、電磁場、色彩等因素的影響，加之 第 20 頁 共 33 頁 其結(jié)構(gòu)簡單成本低，在機(jī)器人避障和定位、汽車倒車、水庫液位測量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。 （ 2）超聲波回波聲強(qiáng)影響 超聲波回波聲強(qiáng)與被測物得距離有由直接的關(guān)系，實(shí)際測量時，不一定是第一個回波的過零點(diǎn)觸發(fā)。這是 源于單片機(jī)的中斷機(jī)制 。 第 21 頁 共 33 頁 （ 4）超聲波波速入射角影響 超聲波波束入射角也會對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，由于系統(tǒng)是用來測量點(diǎn)和面的距離，則被測物表面，超聲波發(fā)射探頭和接收探頭三者之間存在一個幾何角度，即發(fā)射波入射到接收探頭的角度，如果這個角度不是 0 度，系統(tǒng)測量到的距離是被測物與接收探頭之間的距離而不是和測量參考面之間的距離，這就會造成測量誤差。 針對誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案 在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便處理，超聲波常調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。例如：單片機(jī)內(nèi)置計(jì)時器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率為 6MHz 時，計(jì)數(shù)頻率為 此時 在空氣中的測距時間量化誤差為 ；當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時，計(jì)數(shù)頻率為 1MHz ，此時測距時間量化誤差為 。但對連續(xù)測距來說，要設(shè)置兩次測距間的時間間隔，等前一次發(fā)射的超聲波基本衰減消失后，再啟動下一次測距。 測量距離與信號強(qiáng)度的關(guān)系 將超聲波接收器的信號引入示波器，測得接收到信號的強(qiáng)弱與障礙物距超聲波發(fā)射接收器的距離成反比。單片機(jī)采用 STC89C52，采用 12 MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。如果超聲波的固有頻率為 40kHz， 并假設(shè)接收信號觸發(fā)閥值建立時間滯后兩個周期，如果將超 聲波的固有頻率提高至200kHz,則測試誤差將縮小 5 倍。 軟件方面采用數(shù)字信號處理技術(shù)，利用算法平均值濾波和相關(guān)濾波以抑制帶寬的隨機(jī)噪聲，以及在測量時間內(nèi)近似呈現(xiàn)周期性的干擾并進(jìn)行補(bǔ)償。除非另有說明，本文的工作是原始性工作。 。 data uchar dispram[4]。 /* 設(shè)置中斷，關(guān)中斷 */ while (1) { cs_t()。 /* 讀出 16 位定時器低 8 位數(shù)值，并且組合得到時間值 */ time = time * 172。 /*等待外中斷，顯示當(dāng)前數(shù)值 */ if (1 == testok) /* 中斷程序使標(biāo)志位置位，繼續(xù)執(zhí)行 */ { time = TH0。 /* 初始化 P2 */ TMOD = 0x11。 data uchar testok。 除非另有科研合同和其他法律文書的制約，本論文的科研成果屬于成都信息工程學(xué)院。 姓 名 ： 性別 ： 出生年月 ： 民族 ： Email： 第 26 頁 共 33 頁 聲 明 本論文的工作是 2020 年 3 月至 2020 年 6 月在成都信息工程學(xué)院控制工程系完成的。但要注意接收電路 中的諧振回路帶寬不能太窄，以免降低了電路的穩(wěn)定性?？梢匝芯扛鼮楹侠淼牟▽?dǎo)管和輔助測量手段。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時間來計(jì)算出傳播距離。設(shè)計(jì)采用的超聲波傳感器的發(fā)射頻率為 39KHz ，響應(yīng)半波長為 ，因此最小側(cè)到 的障礙物。在實(shí)驗(yàn)中，將超聲波傳感器指向房間一個堆有雜亂物體的角落，超聲波經(jīng)過多次折射后，引起的接收系統(tǒng)不斷動作。 （ 3） 提高計(jì)時精度，減少時間量化誤差。這些會直接影響超聲波的回波幅值。為減小此項(xiàng)誤差，應(yīng)該提高計(jì)時的最小單位， 即是選擇頻率高的晶振， 從而降低量化誤差 。這是 源于檢測電路的靈敏度和判斷偏差，從收到實(shí)際回波到電路確認(rèn)并輸出相應(yīng)信號肯定存在滯后，這和回波信號強(qiáng)弱、檢測電路原理以及判斷電路的敏感性相 關(guān)，也是超聲波測 距 的核心。因此超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響。在對測量值和真實(shí)值進(jìn)行比較時發(fā)現(xiàn)兩者總存在一定的偏差，測量值和真實(shí)值的偏差保持在 1cm 左右，并計(jì)算其相對誤差。 在焊接完所有元件之后，先不上電，檢查電路電源和地是否因粗心而造成的短路現(xiàn)象。 /* 關(guān)閉外中斷 0 第 18 頁 共 33 頁 testok = 1。 第 16 頁 共 33 頁 圖 15 主程序流程圖 超 聲波發(fā)生子程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送兩個左右的超聲波脈沖信號（頻率約 的方波），脈沖寬度為 12 s? 左右，同時把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與障礙物之間的距離。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲 為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差，要讀出此刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，然后存儲 在 RAM 中， 而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計(jì)數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 ⑤ 腳為帶通濾波器調(diào)整端，該腳與電源間接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 0f ，阻值越大，中心頻率越低?？傇鲆娲笮∮?② 腳外接的電阻 1R 和電容 1C 決定，電阻越小或電容越大，增益越高。 40 個引腳， 32 個雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時含有 3 個 16 位可編程定時器， 2 個串行中斷， 2 個外部中斷源和 2 個讀寫中斷口線。采用 STC89C52 來實(shí)現(xiàn)對 CX20206A 紅外接收芯片和超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。電 路圖如圖 10 所示。所以，系統(tǒng)的復(fù)位電路必 須準(zhǔn)確、可靠地工作。超聲波接收電路原理圖如圖 7 所示。超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 5 所示。 由系統(tǒng)的主框圖，可以把系統(tǒng)分成三部分： 發(fā)射框圖和電路圖 圖 4 為系統(tǒng)發(fā)射框圖。 超聲波測距的原理 超聲波發(fā)射器向某一方向發(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，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時。 圖 1 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率 0f 。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。屬于晶體的如石英、鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。 超聲波傳感器介紹 超聲波傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。當(dāng)超聲波射到運(yùn)動體時 ，利用多普勒效應(yīng)，可以測量流速流量，探測心臟血管搏動等。 2 超聲波測距原理 超聲波檢測概述 超聲波是一種頻率超過 20KHz 的機(jī)械波。它可以及時準(zhǔn)確的將車輛與障礙物之間的距離反映出來，給司機(jī)準(zhǔn)確的信息和更多的反映時間，減少事故的發(fā)生。 （ 3） 超聲波傳感器結(jié) 構(gòu)簡單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡單可靠，便于小型化和集成化。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消 耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲經(jīng)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(shí)現(xiàn)。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進(jìn)行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提 供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。超聲波測距法是一種最常見的距離測量方法。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過編程來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。超聲波測距是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波測距傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用 LED 顯示出來，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定距離時，系統(tǒng)能發(fā)出報(bào)警聲，進(jìn)而提醒駕駛 人員，起到安全的左右。 超聲波測距技術(shù)在社會生活中已有廣泛的應(yīng)用，目前對超聲波的精度要求越來越大。 本課題的研究方法 本設(shè)計(jì)選用 TCT4016T/R 超聲波傳感器。利用超聲檢測往往比較迅速，方便，易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。還可利用超聲波檢漏、測量液位、粘度、硬度和溫度等。流體動力型包括有氣體和液體兩種類型的哨笛 。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 0f交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣等媒介，便會產(chǎn)生超聲波。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲 源與障礙物之間的距離 [2]。 圖 4 系統(tǒng)發(fā)射框圖 超聲波在空氣中傳播功率與頻率成正比，比較和分析幾種常用的超聲波頻率 的特點(diǎn)，最終選取頻率為 。 圖 6 系統(tǒng)接收框圖 超聲波接收電路采用 CX20206A 集成電路，對超聲波接收器收到的信號進(jìn)行放大、濾波。 圖 8 系統(tǒng)顯示框圖 顯示器是一個典型的輸出設(shè)備 ，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同。 單片機(jī)復(fù)位電路通常采用以下幾種方式： ⑴ 上電自動復(fù)位，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的點(diǎn)容充電來實(shí)現(xiàn)的，在電容充電的過程 中， RST 端出現(xiàn)正脈 沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。XTAL1 是接外部晶體管的一個引腳，在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。計(jì)數(shù)器所記的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距 第 11 頁 共 33 頁 離。 STC89C52 的管腳圖如圖 13： 第 12 頁 共 33 頁 圖 13 STC89C52 管腳 I/O端口的編程實(shí)際上就是根據(jù)應(yīng)用電路的具體功能和要求對 I/O寄存器進(jìn)行編程。 ⑥ 腳外接積分電容 3C ，一般取 330pf ，取值過大，雖然可使抗干擾能力增強(qiáng)，但也會使輸出編碼脈沖的低電平持續(xù)時間增長，造成遙控距離變短。 ⑧ 為電源端 [3]。 （ 4） 數(shù)據(jù)傳輸與顯示 經(jīng)軟件處理得到的距離送到 LED 數(shù)碼管顯示。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路 輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計(jì)算距離。 END 超聲波接收中斷程序 超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。 ET0 = 0。首先測試發(fā)射電路，用示波器觀察超聲波發(fā)送端，負(fù)端為 10V 直流電壓，正端為方波信號，低電平電壓為 10V，高電平電壓為 +10V，則表明發(fā)送端正常。在原理上將，超聲波測距有脈沖回波法、共振法和頻差法。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過根據(jù)測量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個數(shù)以及動態(tài)調(diào)整比較電壓來減小這種誤差。收到中斷信號后，單片機(jī)不可能立刻響應(yīng)，至少要完成當(dāng)前的指令，有時還要等待其它中斷服務(wù)結(jié)束，所以這個滯后時間也不確定，從而導(dǎo)致測量結(jié)果的變化。 （ 5） 超聲波傳感器所加脈沖電壓對測量范圍和精度的影響 制作超聲波傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。測距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、微機(jī)控制和溫度測量四個部分組成。若采用外部硬件計(jì)時電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時間量化誤差更小。 超聲波傳感器的盲區(qū) 分立式超聲波傳感器盲區(qū)主要是 由信號串?dāng)_引起，發(fā)射信號未經(jīng)反射就被接收探頭感應(yīng)到。另外還與超聲波發(fā)射接收頭之間相對角度有關(guān)。單片機(jī)控制超聲波發(fā)射與接收模塊進(jìn)行信號的發(fā)射與接收。 增加抗干擾措施。通過這些處理，可以有效的減少干擾。 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識產(chǎn)權(quán)的說明： 本人完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括： （ 1）學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。超聲發(fā)生子程序（ 12M 晶振 ） 。 /*主程序 */ void main(void) { //da