【正文】 加 1 amp。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為 112mm； 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 29 系統(tǒng)主程序如下： void main(void) { uchar i,j。 //顯示 sta_flag=0。 while(i)。 //等待超聲波返回 TR1=0。 //計(jì)算距離 hextobcd()。 TL0=0xA0。 TH1=0。 _nop_()。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 33 _nop_()。 _nop_()。首先主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖，即寬度范圍為 StS ?? 960480 ?? 的負(fù)脈沖，拉高 15~90 S? 以延時(shí)等待，然后通過(guò)輸入 /輸出線讀存在脈沖，為低說(shuō)明存在，復(fù)位成功；否則說(shuō)明不存在，復(fù)位失敗，必須對(duì) DS18B20重新初始化。 else 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 35 flag=1。0x01。 i) { DQ = 0。 Init_18B20()。 //字節(jié)合并 return (t)。 d*=d。 else //溫度小于 0，求補(bǔ)碼得到原碼 { bm()。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 40 tmp=distance。 } LCD 顯示程序 LCD 液晶顯示程序分為液晶初始化、讀忙、寫指令和寫數(shù)據(jù)操作，液晶顯示器是一塊慢器件，所以在執(zhí)行每條指令之前必須確定模塊忙標(biāo)志為低電平（不忙），否側(cè)此指令無(wú)效。 if((a11)amp。b++) { d=dispbuf[b]。 RS = 0。 RW = 0。 Read_Busy()。//顯示開 /關(guān)，光標(biāo)開閃爍開 // Write_Comm(0x18)。軟件仿真說(shuō)明我們的軟件設(shè)計(jì)非常成功。繪制完成后對(duì)所有元件做一個(gè)編號(hào)操作和編譯檢查。 （ 3）給電機(jī)加濾波電路，電容電感引線要盡量短。在PCB 設(shè)計(jì)中基 本的原則如下： 1 抑制干擾源 (1) 繼電器線圈加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)干擾。首先繪制原理圖。下面我們?cè)趤?lái)看看 的產(chǎn)生。//8位 2行 5*8 Write_Comm(0x06)。 RW = 0。 } /*********************寫入指令函數(shù) ****************************/ void Write_Comm(uchar lcdm) { Lcd_Data = lcdm。下面的函數(shù)是判讀 LCD 是否為忙狀態(tài)。 //換行，換到第二行 for(b=16。a16。 tmp%=10。 //數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后放到顯示數(shù)組里面 if(fuhao) num[12]=num[12]|0x80。 fuhao=0。 t=jsh*256+jsl120。 t = 8。 } 從上面可以看出， 16位數(shù)據(jù)同樣是從低位到高位被逐一讀取的，而且讀取的溫度為補(bǔ)碼的形式，使用前必須進(jìn)行補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換。 for (i = 8。 i) { DQ = 0。 //拉高總線 Delay(10)。其工作時(shí)序包括：初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 } 40KHz 超聲波發(fā)送程序 超聲波的每過(guò) 60ms 發(fā)送一次，通過(guò)定時(shí)器 T0中斷中發(fā)送超聲波，超聲波發(fā)送后延時(shí)一段時(shí)間后返回，防止余波被接收頭接收誤判，程序如下： /***************************************************** 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 32 定時(shí)器 0溢出中斷函數(shù)，每 60MS 溢出 *****************************************************/ void timer0(void)interrupt 1 using 0 { TH0=0x15。} TMOD=0x11。 //重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 display()。 testtemp()。 BUZZER=0。 //延時(shí)，等待系統(tǒng)外圍復(fù)位完成 sys_init()。如圖 ： 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 28 圖 系統(tǒng)軟件方框圖 系統(tǒng)主 程序 本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： (1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為 mm； (2)溫度每隔 900ms 采樣一次， DS18B20在 12位精度下轉(zhuǎn)換周期為 750ms ,故 900ms 滿足該速度要求；超聲波每隔 60ms 發(fā)送一次。A’。 第四腳 RS:寄存器選擇信號(hào)線。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是 1 （ GND）、 2（輸入 /輸出）、 3（ VDD） 。 溫度采集 DS18B20 電路 超聲波在空氣中的傳播速度為： TC G ??? 3 1 ，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加 1176。但 C4 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為 R4=， C4=1μF。由于超聲波接收探頭的信號(hào)非常弱，所以必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過(guò)波形變換。 通過(guò)單片機(jī)軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號(hào)從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。 當(dāng)人按下按鈕 S1 時(shí)，使電容 C1通過(guò) R1 迅速放電，待 S1 彈起后， C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。 (8) STC90C52RD+具有工業(yè)級(jí)的性能，超強(qiáng)功能，更可靠。而集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡(jiǎn)單，可靠 性好，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，所以首先考慮采用集成 路 來(lái) 組成收發(fā)電路。圖中把兩個(gè)非門的輸出接到一起的目的是為了提高其吸入電流，電路驅(qū)動(dòng)能力提高。X2是聲波返回的時(shí)刻， X1 是聲波發(fā)聲的時(shí)刻， X2X1 得出的 是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定 X2X1=，則有 340m= 。 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 元件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 超聲波外部結(jié)構(gòu) 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理 在超聲探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。超聲波引起質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動(dòng)的頻率的平方成正比 的質(zhì)點(diǎn)的加速度卻很大。 (2)超聲波的衰減 超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強(qiáng)按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。 超聲波在固體中的傳播速度分兩種情況： (1)縱波在固體介質(zhì)中的傳播速度 其傳播與介質(zhì)的形狀有關(guān)。于是超聲波在傳播過(guò)程中有如下的特性和作用： 1 超聲波的傳播速度 超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三中形式的振蕩波：橫波 —— 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波 —— 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波；表面波 —— 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟ā? 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 8 第二章 超聲波測(cè)距的原理 超聲波的基本理論 超聲波是一門以物理、電子、機(jī)械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。 本設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容 1 超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)要求如下 ： 1） 測(cè)量距離 6m； 2） 精度優(yōu)于 1%； 3） 進(jìn)行溫度補(bǔ)償； 4） 顯示方式采樣 LCD； 5） 具有抗干擾能量； 6） 體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統(tǒng)。 （ 5）辦公用品：復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（ PDA）、變頻空調(diào)設(shè)備、通信終端、程控變換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 嵌入式系統(tǒng)無(wú)疑是當(dāng)前最熱門、最具有發(fā)展 前景 的 IT 應(yīng)用之一。本論文主要對(duì) 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理，單片機(jī)的應(yīng)用等進(jìn)行了分析；對(duì)超聲波的發(fā)生電路和 接收 電路， DS18B20 溫度 采集電路， LCD 顯示電路，硬件制作和軟件 設(shè)計(jì) ；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析 。現(xiàn)代社會(huì)中嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，早已被應(yīng)用在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域，主要可以歸納為 以下 幾個(gè)方面。通常開發(fā)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的步驟如下： 圖 設(shè)計(jì)步驟 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 7 超聲波測(cè)距系統(tǒng)概述 在基于傳統(tǒng)的測(cè)力距離存在不 可克服的缺陷。 3) 用 Altium designer 繪制原理圖。 超聲技術(shù)是通過(guò)超聲波的產(chǎn)生、傳播以及接收的物理過(guò)程完成的。超聲波的頻率越高，越與光波某些特性相似。 2 超聲波的物理性質(zhì) 當(dāng)超聲波傳播到兩種特性不同的介質(zhì)的平面上時(shí)，一部分被反射；另一部分透射過(guò)界面，在相鄰的介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射，如圖 所示： (1) 超聲波的反射和折射 當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時(shí)，一部分超聲波被反 射；另一部分透射過(guò)界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射，如圖 所示。若以兩個(gè)頻率相同，振幅 1? 和 2? 不等，波程差為 d 的兩個(gè)波干涉 為例，該兩個(gè)波合成振幅為 212122211 )2c os2( ??????? d??? ，其中 ? 為波長(zhǎng)。 (3) 熱學(xué)作用 如果超聲波作用于介質(zhì)時(shí)被介質(zhì)所吸收，實(shí)際上也就是有能量吸收，同時(shí)，由于超聲波的振動(dòng)，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。第二個(gè)圖中用電感 L 替代3R這樣可以增大激勵(lì)電壓，使其具有較大的功率輸出。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 15 圖 分立元件構(gòu)成的超聲波接收電路 (2) 由運(yùn)算放大器構(gòu)成的接收電路 圖 是由運(yùn)放構(gòu)成的超聲波放大電路，該電路的形式在其他應(yīng)用中經(jīng)常遇到，特點(diǎn)如下： 1）一般式用運(yùn)放組成的放大電路都要求對(duì)稱的正負(fù)電源供電，這里以單電源供電，輸出端的靜態(tài)電位必須設(shè)置在 1/2 的電源電壓，這由同相輸入端的點(diǎn)位來(lái)確定， 1R 和 2R 分壓取得 1/2 的電源電壓加到運(yùn)放的同相輸入端，使其電位 1/2電源電壓。 (2) STC90C52RD+系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。 為 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。我們選擇晶振為 12MHz,電容 33pF。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好， 但是需要設(shè)云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 20 計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流為 100mA 以上的驅(qū)動(dòng)電路。其總放大增益80db。 5 腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。 C，軟件處理后可以達(dá)到 176。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用 YB1602 液晶屏， 1602 顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，顯示模式分為2 行 16 個(gè)字符。 第 7~14 腳： 8 位數(shù)據(jù)線 D0~D7。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減 1 amp。 for(i=0。 //標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位 waitforstarting: //檢測(cè)按鍵 while(START)。 BUZZER=1。 jsh=TH1。 //轉(zhuǎn)化成 BCD 碼 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —