【正文】 步接收發(fā)送端口 ,即 RXD 和 TXD,分別為串行數(shù)據(jù)接收端和串行數(shù)據(jù)發(fā)送端。 ４ .１ .１ 初始化子程序 系統(tǒng)工作時(shí)，軟件部分首先 要進(jìn)行初始化。等經(jīng)過接收電路處理過的回波被單片機(jī)接收后， AT89C52 收到回波的觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)記錄下降沿產(chǎn)生的時(shí)間，經(jīng)過軟件計(jì)算找到峰值點(diǎn)作為接收到回波的時(shí)間，最后通過公式計(jì)算出測(cè)量結(jié)果。所謂 232 信號(hào)電平就是負(fù)10 到正 10 伏的信號(hào)，單片機(jī) TTL 電平就是 0到正 5 伏的信號(hào)。而 且可以 直接通過 電話 線 等現(xiàn) 有的線路經(jīng)行傳送。位選信號(hào)由 到 送出。 74LS245 是一個(gè)常用的芯片，它的作用是驅(qū)動(dòng) LED 或別的設(shè)備。 靜態(tài)顯示 要求 數(shù)碼管的 所有 段選 端都要接上 8位 的 數(shù)據(jù)線 ，以此來 顯示的字形碼。在 許多的電子產(chǎn)品中都采用了常見的七段數(shù)碼管來顯示 所需 信息。近距離比較器用來處理 3 cm50cm 的距離的反射波，遠(yuǎn)距離比較器用來處理50cm4 m 的距離的反射波。 系統(tǒng)工作時(shí)， 單片機(jī)通過查表 法取得相應(yīng) 的增益， 接著 通過串行設(shè)置 不同阻值，從而實(shí)現(xiàn)增益作用 。既可以使 發(fā)射信號(hào)的余 振 幅度 降低 ， 也可以同時(shí)使持續(xù)時(shí)問變短。最后，為了減小盲區(qū)，需要采用雙比較器來對(duì)遠(yuǎn)近信號(hào)經(jīng)行比較，接著就可以將處理過的回波信號(hào)傳入單片機(jī)，得到測(cè)量距離。 ３ .３ 電源電路的設(shè)計(jì) 由于該系統(tǒng)需要用到 5V 的電源，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)如下電路 ，電路原理圖如圖 37所示： U6S2Bridge104C101000uFC11104C121000uFC13LED11KR14~220V ~9VVin +5VGNDU77805+5V12J1CON2 圖 37 電源電路原理圖 該電路主要作用是通過將 220V 的交流電變?yōu)榉€(wěn)定的 5V 直流電，用于系統(tǒng)的供電。 DS18B20 是電子元器件中最早的一個(gè)支持“一跟總線”的有三個(gè)接口的測(cè)量和傳遞溫度的傳感器，該優(yōu)點(diǎn)可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟(jì)，占用的體積更小。其中 T 為發(fā)出端， R 為接收端，它們一般是在同一系統(tǒng)中共存。 AT89C52 芯片擁有 40 個(gè)引腳，充足的 32 個(gè)可編程雙向 I/O 口，在該超聲波測(cè)距系統(tǒng)中，這樣多的雙向 I/O 口可以使所有需要的外設(shè)電路方便的與單片機(jī)連接起來，還有3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。AT89C52單片機(jī) 測(cè)溫電路 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路 T 一級(jí)放大電路 TGC電路 二級(jí)放大電路 比較器B 比較器A R 雙比較器整形電路 基于單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 48 頁 該測(cè)量結(jié)果由 顯示電路輸出 ，該顯示模塊主要由 74LS245鎖存器來驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LED數(shù)碼管，采用了動(dòng)態(tài)顯示的方法，占用的 I/O 資源更少，充分發(fā)揮了軟件作用 。 該測(cè)距的原理可簡單的表示為圖 22 所示 ： 圖 22 超聲波測(cè)距原理圖 系統(tǒng)框圖如圖 23所示： 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 48 頁 圖 23 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)工作總流程 說明： 首先 ,系統(tǒng)初始化完成后，測(cè)溫電路開始工作， DS18B20 芯片開始采集環(huán)境溫度并將最后采集到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)。 ２ .１ .３ 超聲波換能器簡介 超聲波傳感器，別名超聲波換能器 ，是超聲波測(cè)距系統(tǒng)里不可或缺的一個(gè)重要元件。且有如下關(guān)系： （ 23） 上式中 a 代表介質(zhì)常數(shù)， f代表振動(dòng)頻率。 聲波是一種傳遞了物體運(yùn)動(dòng)的能量，比如，桌子被拍打，桌面就會(huì)產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，從而傳播聲音。 基于單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 48 頁 ２ 超聲波測(cè)距原理和方案 ２ .１ 超聲波測(cè)距的基本理論 ２ .１ .１ 超聲波簡介 所謂超聲波，跟普通聲波的區(qū)別是頻率范圍不同。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了回波的包絡(luò)方程，給出了軟硬件的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)此研究基礎(chǔ)，衍生出大量超聲波儀器，目前，超聲波在無損檢測(cè)中發(fā)揮出無與倫比的作用。又過了兩年，另外一個(gè)科學(xué)家穆爾豪瑟獲取了一個(gè)德國專利，這個(gè)專利是針對(duì)超聲波檢查方法的，這讓我們又看到超聲波的研究進(jìn)了一步。隨著現(xiàn) 代電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波測(cè)距技術(shù)在汽車制作，國防安全，工業(yè)制造及日常生活中都隨處可見。 1． 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 在過去許多科學(xué)家的研究基礎(chǔ)之上，我們已經(jīng)知道用許多種不同的方法來測(cè)距，不再局限于傳統(tǒng)的簡單的接觸式測(cè) 量器具，我們今天的電子技術(shù)正以飛一般的速度向前推動(dòng)著大量非接觸式測(cè)距儀的發(fā)展。綜上，超聲波探頭的信號(hào)經(jīng)過 AT89C52 單片機(jī)的分析和一系列處理，最后實(shí)現(xiàn)本高精度超聲波測(cè)距 系統(tǒng)的完整功能，也驗(yàn)證了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求，該課題的研究也具有一定價(jià)值。還有用于超聲波接收的接收電路，對(duì)回波進(jìn)行濾波放大，整形，最后送入單片機(jī)。這會(huì)使得超聲波沒有經(jīng)過反射，即不是由于碰到物體而返回的波，而是直接收到發(fā)射端由于衍射現(xiàn)象而改變了傳 播方向的那部分超聲波。 和普通超聲波測(cè)距系統(tǒng)不同 ,高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)要求的盲區(qū)更小 、精度 更高。另外，該系統(tǒng)進(jìn)行軟件化峰值檢測(cè)，使電路更加簡化，充分利用了軟件資源。本系統(tǒng)由 AT89C52單片機(jī)控制時(shí)間長短的計(jì)數(shù)以及控制超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收。 主要程序在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行初始化，接著馬上開始測(cè)量溫度，獲取溫度值并進(jìn)行查表后同時(shí)啟動(dòng)發(fā)射電路且開始計(jì)時(shí)，等待回波信號(hào)，并進(jìn)行處理，軟件濾波開始工作，對(duì)峰值點(diǎn)進(jìn)行查找并計(jì)算出距離。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； 高精度；超聲波；測(cè)距 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 基于單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) IV Introduction At present, ultrasonic ranging technology has been widely applied in various fields, because of its noncontact measurement, in industrial field level, well depth, pipeline length and the measurement of buildings, reversing radar, intelligent robot control system play an important role. But in our current level of technology, the application of ultrasonic ranging technology is limited, the future direction of development should be towards high precision, low area, develop the function more abundant and lower cost price direction. And ordinary ultrasonic ranging system is different, highprecision ultrasonic ranging system requirements of the blind area is smaller, higher accuracy. In order to achieve the standard, the design system contains the temperature pensation circuit, the Dual Comparator plastic circuit and the time gain pensation circuit and other signal conditioning circuits. Finally, it is necessary to add some necessary peripheral circuits such as display circuit, used to display the measurement results must also contain munication interface, convenient and PC munication and can be used to upload the measurement results. In addition, the system of the peak detection software, make the circuit more simplified, fully utilize the software resources. Through the analysis of the system needs, the hardware circuit design scheme is finally determined, and the main control chip is the main chip of AT89C52. In order to achieve the high accuracy, we need to understand the cause of the low accuracy of the measurement. Firstly, the transmission speed of the acoustic wave in the air will change with the temperature. The distance and the actual distance calculated by the average velocity may have some error. The second is because the ultrasonic belongs to one kind of wave, so the diffraction characteristic of wave is of the wave. This will make the ultrasonic wave not reflected, that is not due to the wave of the object returned, but directly received the emitter due to diffraction phenomenon and changed the direction of the transmission of that part of the ultrasonic. This is the result of a blind measurement of the blind, in the measurement of the error caused by the error read while the measurement failed. Therefore, as long as adding temperature 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V pensation circuit, by a temperature sensor to measure temperature, the actual temperature into the calculation, can effectively avoid the error of the first kind。而對(duì)于微波雷達(dá)測(cè)距來說，電路部分的制作成本就非常之高，也只用于專業(yè)領(lǐng)域，如軍事和工業(yè)類。 1． 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 首先，從國外來看，最先的研究記錄是 18世紀(jì) 70年代的科學(xué)家高爾頓所做的氣哨實(shí)驗(yàn)，這是我們?nèi)藗冇惺芬詠淼牡谝淮瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的高頻聲波，后來的 30 年內(nèi)，超聲波的概念仍舊很少有人知道，再加上那時(shí)的技術(shù)方面的達(dá)不到要求，對(duì)超聲波的研究產(chǎn)生了難以逾越的鴻溝。因?yàn)樵谝后w之中實(shí)驗(yàn)會(huì)很容易得觀察到波紋。這些論著詳細(xì)的說明了超聲波測(cè)距的原理。 我國的超聲波測(cè)距技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但與發(fā)達(dá)國家相比，在精度方面還是差一大截，我們想要進(jìn)入現(xiàn)代化的建設(shè)中去，就要提高速 度和效率，而這些都是建立在高科技水平，高質(zhì)量的儀器之上的，所以我們還需加強(qiáng)研究，使得精度達(dá)到未來的需求，從而為工業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。屬于比較容易獲取的聲能中的一種。第三，聲波傳出去以后，距離越大，衰減也就越大。 其衰減的規(guī)律可由以下公式表示： （ 24） （ 25） 其中， P0代表聲音在 x=0 時(shí)候的聲壓， I0代表聲音在 x=0 出的聲強(qiáng)。 以上分類依據(jù)是基于實(shí)現(xiàn)超聲波的傳感器聲能和電能轉(zhuǎn)換的物理方式。經(jīng)過一級(jí)放大的信號(hào)分兩路同時(shí)輸送到雙比較器整形電路中去，如圖的 A和 B 即為雙比較器整形電路的兩個(gè)比較器。 其次，超聲波還要負(fù)責(zé)控制其他外圍電路，比如，本設(shè)計(jì)中的溫度補(bǔ)償電路采用了一塊收發(fā)溫度信號(hào)的芯片，由單片機(jī)控制，將環(huán)境溫度采集后進(jìn)行查溫度與速度表，用于確定當(dāng)前環(huán)境下具體溫度，最終目的是獲取