【正文】 試。 本設(shè)計是通過 1602 液晶顯示屏來顯示的。 設(shè) 置 定 時 器 T 0 和 T 1 的 工 作 模 式T 0 賦 初 值T 0 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開 T 0 中 斷T 1 賦 初 值T 1 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開 T 1 中 斷開 總 中 斷返 回系 統(tǒng) 初 始 化 子 程 序 圖 42 系統(tǒng)初始化子程序流程圖 定時器 子 程序設(shè)計 由于單片機是 16位定時器，最大計時時間為 65536μ s，當(dāng)測量的距離很遠(yuǎn)的時候，定時器就會發(fā)生溢出 。 （ 4）顯示處理子程序。最后主程序通過對回波信號的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說明接收到了回波信 號，那么主程序就返回到初始端重新將回波接收標(biāo)志位置位并且在單片機的 端口上發(fā)送低電平到超聲波發(fā)射電路，就這樣，連續(xù)不斷地運行，循環(huán)不斷地工作用來實現(xiàn)測距。電源模塊的主芯片是 LM7805。 DS18B20 讀取溫度共讀取 16位，把后 11 位的 2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后再乘以 便為所測的溫度。 1602 顯示的容量為2行 16 個字。此模塊的測距范 圍為 2cm～ 5m，能基本滿足測距要求，而且其精度可以達(dá)到 ，盲區(qū)僅僅為 2cm，完全可以能夠滿足本設(shè)計的測距要求，而且測距也比較穩(wěn)定。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 芯片 CX20216A 的前置放大器具有自動增益控制的功能，當(dāng)測量的距離比較近時，放大器不會過載；而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時，超聲波信號微弱，前置放大器就有較大的放大增益效果。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。這兩處的支點就成為振子振動的節(jié)點。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。一般外接晶體時，電容選為 30pF 左右。 ○ 2 PSEN___________（ 29）： 片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平時有效。 P2 端口置 1 時，內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平，作為輸入口使用；在對內(nèi)部的 Flash 程序存儲器編程時， P2口接收高 8位地址和控制信息，而在訪問外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口就送出高 8 位地址。單片機使用的工作方式是自激振蕩的方式， XTAL1 和 XTAL2 外接的是12 MHz 的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時鐘信號。電路設(shè)計采用模塊化，以便于調(diào)試與檢修。 為使所測溫度與距離可以同時顯示，經(jīng)過比較，使用液晶顯示屏顯示可以有更好的顯示效果，所以選擇使用液晶顯示屏顯示。收發(fā)分體式是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接受器用作接受超聲波。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、 PLCC封裝及表面貼附等。所以單片機非常適合作為該操作系統(tǒng)的控制器所使用。超聲波測距系統(tǒng)硬件框圖如圖 22所示。一般 情況下 溫度 每升高 1℃， 超聲波波度 增加約為 ，表 21 為超聲波在不同溫度下的波速值。經(jīng)分析和大量實驗表明，頻率為 40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號。其原理是超聲波傳感器發(fā)射一定頻率的超聲波，借助空氣媒質(zhì)傳播，到達(dá)測量目標(biāo)或障礙物后反射回來，經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖，其所經(jīng)歷的時間即往返時間，往返時間與超聲波傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)。 在軟件設(shè)計中采用不模塊化編程進(jìn)行設(shè)計的，本設(shè)計分別對系統(tǒng)的主程序、 系統(tǒng)初始化子程序 、溫度測量模塊 、判斷報警模塊 和液晶顯示模塊的各個程序進(jìn)行了設(shè)計。 論文內(nèi)容說明 本課題的研究內(nèi)容是基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)完成的主要功能是測量距離并將其顯示，根據(jù)距離長度進(jìn)行報警。 近十年來，國內(nèi)科研人員在超聲波回波信號處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對超聲測距的常見影響因素提出溫度補償、接收回路串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。聲納技術(shù)還廣泛用于魚雷制導(dǎo)﹑水雷引信，以及魚群探測﹑海洋石油勘探﹑船舶導(dǎo)航﹑水下作業(yè)﹑水文測量和海底地質(zhì)地貌的勘測等 方面 。 40KHz 的超聲波 具 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 有 在空氣中衰減較小，測量距離 較 遠(yuǎn)，同時測量精度可以達(dá)到厘米級別 等優(yōu)點 。超聲波既是一種波動形式，又是一種能量形式，在傳播過程中 它 與媒介相互作用產(chǎn)生 超聲效應(yīng)。 其中傳感器技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛的使用， 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。 超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。超聲波在氣體、液體及固體中 都可 傳播， 但 其傳播速度各有差異。在 新型 材料合成中，尤其是 在 納米材料的制備中，超聲波技術(shù) 擁有 著極大的潛力。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 歷史上使用超聲波來測量距離是從聲納技術(shù)的發(fā)展開始。而雷達(dá)技術(shù)、激光技術(shù)、電子技術(shù)和 導(dǎo)航系統(tǒng) 的發(fā)展，更使得超聲波技術(shù)不斷得到完善并趨于成熟。目前，國內(nèi)學(xué)者對超聲波回波信號處理算法的研究已經(jīng)日漸成熟，但其作為超聲波探測定位的關(guān)鍵技術(shù)，仍將是一個重要的研究方向。 第 2 章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計。 第 6 章 總結(jié)與展望。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為 v，計時器記錄的時間t，發(fā)射點距障礙物的距離 H，如圖 21所示。由于相位測量存在以 2n 為周期的多值解，從而容 易造成解的不確定性。 當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時， 能夠 根據(jù) 溫度采集 模塊 所采集的溫度數(shù)據(jù)來修正 測距系統(tǒng) 中 的聲速 。單片機利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離，并由單片機控制顯示出來 。在一般的情 況下來講，在選擇單片機時要需要考慮的幾個方面有： （ 1）單片機最基本性能參數(shù)指標(biāo)。 所以，根據(jù)上述要求，綜合考慮，單片機 STC12C5A60S2 可以作為系統(tǒng)的控制器進(jìn)行使用。本 設(shè)計 中選用的探頭是 4OKHz 的收發(fā) 一 體式超聲傳感器 。下面兩種方案進(jìn)行簡單比較。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。 （ 4） 輸入輸出口（ I/O 口）引腳 P0 口 （ 39～ 32） 是一個三態(tài)的雙向口，既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時復(fù)用口，又可以作為通用輸入輸出口 。 P3 口作為通用 I/O口接口時，第二功能輸出線為高電平。 ○ 3 EA_____/Vpp（ 31）： EA_____為 片外程序存儲器訪選用端。它是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)? 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 所需頻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)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 超聲波發(fā)射端是將電能或機械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。超聲波探頭將電信號轉(zhuǎn)換為機械波發(fā)射出去，而單片機所產(chǎn)生的 40kHz 的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動實際上就是一個信號的放大電路，本設(shè)計選用 74LS04 芯片進(jìn)行信號放大 。超聲波接收電路如圖 36 所示。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 一個控制口發(fā)出一個 10μ s 以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。 圖 37 1602液晶顯示屏電路圖 其中， 1602 第 4 腳 RS 為寄存器選擇，第 5 腳 RW 為讀寫信號線，第 6 腳 E為使能端。 溫度傳感器電路圖如圖 38 所示。 圖 310 電源模塊電路圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算，又要求精細(xì)計算程序運行時間，所以控制程序采用 C 語言編程。將系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化。根據(jù)所測距離進(jìn)行判斷是否需要報警。 定 時 器 T 1 賦 初 值2 4 0 m s 是 否 到 ？重 新 啟 動返 回YN定 時 器 程 序 開 始 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 43 定時器子程序流程圖 實現(xiàn)重要功能的 子 程序分析 DS18B20 溫度 采集 子程序 溫度采集子程序流程圖如圖 44 所示。 D I S T A N C E1 0 S 5 0 0 ？顯 示 溫 度數(shù) 值 SE r r o r進(jìn) 行 顯 示返 回NY顯 示 處 理 子 程 序 開 始 圖 45 顯示處理子程序流程圖 判斷報警子程序 判斷報警子程序 流程圖 如圖 46 所示。若單獨模塊測試正常，再 把各個模塊組合起來，全速運行，看程序是否能實現(xiàn)設(shè)計的系統(tǒng)的所有功能。 系統(tǒng)上電后首先觀察電路中是否有過熱，異味，冒煙等現(xiàn)象出現(xiàn)。 （ 3）把各個模塊組合起來，全速運行，看程序是否能實現(xiàn)設(shè)計的系統(tǒng)的所有功能。實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā)。為減小此項誤差，應(yīng)該提高計時的最小單位，即是選擇頻率高的晶振，從而降低量化誤差，同時選用質(zhì)量好的晶振。單片機控制超聲波發(fā)射與接收模塊進(jìn)行信號的發(fā)射與接收，顯示電路采用 TC1602 液晶顯示，測溫電路采用 DS18B20 芯片進(jìn)行溫度采集。 （ 1）硬件方面 為了抑制外部干擾，接收裝置可以采用過零檢測裝置，保證接收到的超聲波為物體反射回來的超聲波，從而有效地抑制超聲波發(fā)射電路的輻射干擾。 在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，每位老師對我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進(jìn)步。 /********************************** 函數(shù)名稱 :main() 功能描述 :主函數(shù)，程序入口 入口參數(shù) :無 返回值 : 無 **********************************/ void main(void) { UB8 j,dat[]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}。C39。 /*公式說明：假設(shè)時間為 T （ us），則距離為： T/1000000 (s) * (+*temp)(m/s) /2 = T*(+*temp)/2021000 (m) = T*(+*temp)/20210 (cm) */ S=(TH0*256+TL0)*(+*temp)/20210。)。039。 while((!Echo_bit)) 。 lcd1602AddressWriteString( LCD1602_ROW0, 7, cm)。 unsigned char aa = 0。通過這些處理，可以有效的減少干擾。 增加抗干擾措施。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 6 章 總結(jié) 與展望 本課題設(shè)計的是超聲波測距系統(tǒng)，即運用超聲波測距的原理和方法，設(shè)計的最終結(jié)果是利用超聲波實現(xiàn)測量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測量距離在液晶屏上，在距離小于 米時發(fā)出報警。從收 到實際回波到電路確認(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。 所以超聲波發(fā)送應(yīng)考慮因素有： （ 1）量程范圍 ，量程范圍越大，誤差越大 ； （ 2）目標(biāo)距離和目標(biāo)反射情況。 溫度傳感器測試 通過軟件編寫溫度顯示程序，結(jié)合硬件電路運行。具體操作是：當(dāng)萬用表的兩個探頭接觸到兩個原理上連接的焊接點時發(fā)出報警，則表明這兩個焊接點是導(dǎo)通的；反之，則是 虛焊。 D i s t a n c e 4 0 ?開 警 報 2 0 k H z 關(guān) 閉 警 報返 回YN報 警 判 斷 子 程 序 開 始 圖 46 判斷報警子程序流程圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第 5章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 系統(tǒng)的調(diào)試可分為硬件調(diào) 試和軟件調(diào)試。 溫 度 采 集 子 程 序 開 始D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位D S 1 8 B 2 0 存 在 ？D S 1 8 B 2 0 發(fā) 送 存 在 脈 沖讀 取 D S 1 8 B 2 0 數(shù) 據(jù)溫 度 轉(zhuǎn) 換等 待 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位數(shù) 據(jù) 處 理 并 顯 示讀 取 溫 度返 回 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 44 溫度采集子程序 顯示處理子程序 顯示處理子程序流程圖如圖 45 所示。給 T0賦初值為 0，給 T1賦初值為 0x3C80，即 15536μ s，將標(biāo)志位