【正文】 面產(chǎn)生機(jī)械波；逆壓電效應(yīng)正好相反，當(dāng)晶片本身發(fā)生機(jī)械形變，或者加入了機(jī)械波，在晶片的表面會(huì)產(chǎn)生電荷，從而在晶片兩極產(chǎn)生相應(yīng)的電壓。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率開始定時(shí)器、液晶初始化啟動(dòng)T0開中斷啟動(dòng)T1發(fā)40kHz方波延時(shí)避開盲區(qū)開外部中斷0有回波停止T0，T1關(guān)中斷數(shù)據(jù)處理顯示輸出YN40 kHz（超聲波傳感器的聲壓能級(jí)、靈敏度在40kHz時(shí)最大）較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。通過實(shí)驗(yàn)可獲得波速與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ? v = + , T為現(xiàn)場(chǎng)溫度, v為實(shí)際波速。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。從技術(shù)上看，超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)70年代已經(jīng)實(shí)用化從上個(gè)世紀(jì)70年代末期已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。由于存在視覺盲區(qū)，人們?cè)诘管嚂r(shí)無(wú)法看清楚車子后面的障礙物，很容易刮傷汽車或發(fā)生事故。具有語(yǔ)音告知功能, 兼帶振動(dòng)功能, 更加人性化、智能化。超聲波傳感器已經(jīng)被廣泛用作測(cè)距傳感器，并應(yīng)用于機(jī)器人的定位和避障。超聲波測(cè)距的工作原理是發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收回波。與前幾種測(cè)距方式相比，超聲波測(cè)距可以直接測(cè)量近距離目標(biāo)，縱向分辨率高，適用范圍廣，方向性強(qiáng)，并具備不受光線、煙霧、電磁干擾等因素影響，且覆蓋面較大等優(yōu)點(diǎn)。四、研究工作進(jìn)度：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總計(jì)17周完成，具體時(shí)間安排如下：第 1~4 周 查閱超聲波測(cè)距課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，研究主要成果，發(fā)展趨勢(shì)，主要問題等，熟悉課題內(nèi)容，復(fù)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)，撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述；第 5~7 周 獨(dú)立進(jìn)行電路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，制作超聲波測(cè)距基本電路；第 7~12 周 對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行硬件調(diào)試，編寫可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的軟件程序；第13~14周 利用軟件程序?qū)φ麄€(gè)產(chǎn)品進(jìn)行軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；第15~17周 撰寫論文。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。由此可見溫度對(duì)于超聲波測(cè)距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。超聲波發(fā)射模塊和接收模塊采用HCSR04超聲波測(cè)距模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測(cè)量距離精確，精度高，盲區(qū)（2cm）超近。其中脈沖回波法最為常用，它主要基于超聲測(cè)距回波信號(hào)的識(shí)別，多采用模擬方法，用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，超聲波測(cè)距的研究目標(biāo)主要是研究精度更高的回波處理算法，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(cè)距的應(yīng)用空間，在提高有效作用距離的同時(shí)，相應(yīng)提高測(cè)量精度與抗干擾能力等方面。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。設(shè)計(jì)能夠成功完成是與練秋生老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助分不開的，在此表示衷心的感謝。 本章小結(jié)本章的主要對(duì)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的調(diào)試過程進(jìn)行了說(shuō)明，主要內(nèi)容有介紹試驗(yàn)方法，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和分析，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄的分析進(jìn)行改進(jìn)，得出結(jié)論，找到系統(tǒng)所存在的問題并提出解決方案。再次，超聲波回波聲強(qiáng)與待測(cè)距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系，所以實(shí)際測(cè)量時(shí)，不一定是第一個(gè)回波的過零點(diǎn)觸發(fā)。問題主要原因在于超聲波發(fā)射器和接收器之間的距離不能保證遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)量距離，導(dǎo)致θ值偏大，由式（24）可知，此時(shí)使用式（25）會(huì)產(chǎn)生極大誤差。 //發(fā)送完畢后等待產(chǎn)生外部中斷 v=*temp1+。圖44 20cm～500cm時(shí)測(cè)量值實(shí)際值坐標(biāo)圖 for(j=0。表42 20cm～500cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測(cè)量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對(duì)誤差（cm）相對(duì)誤差（%）第一次第二次第三次平均值續(xù)表42 20cm～500cm測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離比較表測(cè)量數(shù)據(jù)（cm）實(shí)際數(shù)據(jù)（cm）絕對(duì)誤差（cm）相對(duì)誤差（%）第一次第二次第三次平均值當(dāng)測(cè)量結(jié)果在500cm～540cm之間時(shí)，液晶屏不穩(wěn)定，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖41所示。 //利用超聲波測(cè)量距離 DistanceConvert(distance)。 TMOD=0x19。 //計(jì)算距離 zonghe+=distance。j++) //測(cè)量10次 { Tx=1。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。 temp1=h。本部分包括延時(shí)若干微秒程序delay1(uint z)，DS18B20初始化程序DS18B20_Init()，DS18B20讀命令程序read_bey()，DS18B20寫命令程序write_bey(uchar det)，讀出溫度程序temperature()，溫度處理程序get_temp()和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序TempConvert(long int tep)。 WriteAddress(p)。主程序首先是對(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。在C語(yǔ)言的可讀性方面更容易借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高程序的開發(fā)水平。匯編語(yǔ)言由于是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，與具體的計(jì)算機(jī)硬件有著密切的關(guān)系，因此，可移植性差。圖210 系統(tǒng)總電路圖第3章 超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)方法本次單片機(jī)的軟件采用Keil uVision2軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程。該傳感器提供9位溫度讀數(shù)指示器件溫度，信息經(jīng)過單線接口送入或送出傳感器。適當(dāng)更改電容C4的大小，就可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 壓電晶片圖28 壓電式超聲波發(fā)生器示意圖 超聲波發(fā)射部分發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射傳感器T構(gòu)成。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等?！　〉谌`敏度。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種?？傮w上講，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(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。為什么有這么強(qiáng)大的功率呢?因?yàn)楫?dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，振動(dòng)的頻率和聲波頻率—樣，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。 溫度測(cè)量模塊溫度測(cè)量采用DS1820溫度傳感器，該傳感器提供9位溫度讀數(shù)，指示器件溫度。單片機(jī)復(fù)位電路的原理圖如圖25所示。本單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種，即上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路。 單片機(jī)時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。智能系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一般包含微處理器、按鍵與顯示人機(jī)界面、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等基本功能部件，同時(shí)也包含與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的其他特殊部件。一般采用DS18B20溫度傳感器測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度。測(cè)距原理如圖21所示。超聲波發(fā)送和接收部分就是超聲波傳感器。它是超聲波信號(hào)由近源的波束旁瓣或通過換能器繞射，直接到達(dá)接收傳感器造成的。 超聲波測(cè)距技術(shù)存在的問題超聲波傳播波速不恒定，超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨周圍環(huán)境（溫度、壓力等）的變化而變化，其中溫度的影響最為明顯。因而今后超聲波測(cè)距信號(hào)處理方法的改進(jìn)是超聲波測(cè)距的主要研究方向之一。由于存在視覺盲區(qū)，人們?cè)诘管嚂r(shí)無(wú)法看清楚車子后面的障礙物，很容易刮傷汽車或發(fā)生事故。從技術(shù)上看，超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)70年代已經(jīng)實(shí)用化從上個(gè)世紀(jì)70年代末期已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限時(shí)，人們就會(huì)覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲，它屬于機(jī)械波的范疇。隨著傳感器和單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。軟件部分包括溫度測(cè)量程序、液晶顯示程序、超聲波發(fā)送和接收程序以及主程序。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)段煉燕 山 大 學(xué)2012年6月本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 專 業(yè)：電子信息工程 學(xué)生 姓名：段煉 學(xué) 號(hào)：081308061167 指導(dǎo) 教師：練秋生 教授 答辯 日期：20126 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程系 學(xué)號(hào)081308061167學(xué)生姓名段煉專 業(yè)班 級(jí)電子信息工程083班題目題目名稱基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）（ ）；（ ）；（ ）題目類型（ √ ） （ ）題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ √ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容在深入學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)上，利用聲波傳播的延時(shí)設(shè)計(jì)無(wú)線測(cè)距系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)核心板，超聲波測(cè)距模塊，液晶顯示模塊和溫度測(cè)量模塊四部分。目前，測(cè)量距離的方法主要采用測(cè)量波在介質(zhì)中傳播速度與時(shí)間的關(guān)系。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波。渡越時(shí)間法就是通過檢測(cè)發(fā)射超聲波與接收回波之間的時(shí)間差求出目標(biāo)障礙物距信號(hào)發(fā)射源的距離。隨著汽車擁有量的增長(zhǎng)，汽車的安全和使用便捷性能受到了空前的關(guān)注。 超聲波測(cè)距技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)超聲波測(cè)距中，超聲波回波處理方法的優(yōu)劣，直接關(guān)系到回波前沿的定位精度和渡越時(shí)間的測(cè)量精度，進(jìn)而決定著超聲波探測(cè)定位系統(tǒng)的精度和反應(yīng)速度。近年來(lái)，如何合理選擇超聲發(fā)射脈沖，可以使超聲波測(cè)距系統(tǒng)在提高有效作用距離的同時(shí)，相應(yīng)提高測(cè)量精度與抗干擾能力，成為超聲波測(cè)距技術(shù)的又一個(gè)重要研究方向。接收傳感器在超聲波發(fā)射結(jié)束后接收到的第一個(gè)波一般是串?dāng)_直通波。基本內(nèi)容如下：系統(tǒng)由單片機(jī)核心系統(tǒng)、超聲波發(fā)送和接收部分、顯示部分和溫度部分模塊四部分組成。其原理如右圖所示，發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在空氣中傳播至被測(cè)物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，可得其往返時(shí)間t即可算出被測(cè)物體與超聲波發(fā)射器的距離 (21)設(shè)超聲波發(fā)射器與接收器之間角度為θ，則如下圖所示，被測(cè)物體實(shí)際距離 (22)其中對(duì)于θ，有將(21)、(22)、(23)三式整理合并得 (23) (24)當(dāng)需要測(cè)量的距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于L時(shí)，近似認(rèn)為H與S相等，可得 (25)由式（25）可知，只要測(cè)得超聲波從發(fā)射到接受所需時(shí)間，即可測(cè)出所需距離H。溫度（℃）3020100102030100波速（m/s）313319325323338344349386由表21可得溫度與波速得經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢? （26）式中 T ——現(xiàn)場(chǎng)溫度； v ——實(shí)際波速，從上式可以看出，要獲得準(zhǔn)確的波速,必須首先獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度T的大小。基于微處理器的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已成為目前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。圖23 電源供電電路電源供電電路原理圖如圖23所示。圖24 單片機(jī)時(shí)鐘電路 單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。液晶驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖26所示。超聲波的特性有以下四個(gè)方面：首先是束射特性。超聲波之所以能在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，主要原因還在于比聲波具有強(qiáng)大得多的功率。 超聲波傳感器原理為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。超聲探頭的核心是其塑料