【正文】 TL084 組成的帶通濾波電路 進(jìn)行濾波同時(shí)將信號(hào)放大兩倍。 蜂鳴器電路 電路如圖 所示。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距儀 ，可以應(yīng)用于汽 車倒車位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長(zhǎng)度的測(cè)量等場(chǎng)合。 C8051F020 內(nèi)部電路包括 CIP51 微控制器內(nèi)核及 RAM, RO, I/O 口，定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 每個(gè) MCU都可以在工業(yè)溫度范圍內(nèi)用 的電壓工作，有 48腳 TQFP 和32 腳 LQFP 封裝端口 I/O 容許 5V的輸入信號(hào)。單片機(jī)控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。 單片機(jī)使用 51 系列 的 C8051F410 單片機(jī)，該單片機(jī)工作性能穩(wěn)定，同時(shí)也是在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用到的控制芯片。所謂壓電逆效應(yīng)如圖 所示，是在壓電元件上施加電 壓，元件就變形，即稱應(yīng)變。超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化， 其對(duì)應(yīng)值如表 ，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t (見(jiàn)圖 )，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 ( s )， 即 : s = v t / 2 。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等影響。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)?？斩磧?nèi)為液體蒸汽或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。 超聲效應(yīng) 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱的、電磁的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下 4種效應(yīng)： (1)機(jī)械效應(yīng)。如今已在國(guó)際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。 1939 年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報(bào)道。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過(guò)程，聲弛豫過(guò)程伴隨著能量在分子各自電度間的 輸運(yùn)過(guò)程，并在宏觀上表現(xiàn)出對(duì)聲波的吸收（見(jiàn)聲波）。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù) 。 相信在不久的將來(lái)超聲波測(cè)距將會(huì)更加廣闊的應(yīng)用前景。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高 。 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)日益更新。s turn to is divided into measure to be apart from a mold piece, system control mold piece and manifestation report to the police a mold piece, and difference as to it39。本測(cè)距儀能較精確測(cè)量被測(cè)物與測(cè)距儀之間的距離。因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。以解除操作員用常規(guī)手段測(cè)量距離帶來(lái)的不便以及危險(xiǎn)，提高測(cè)量的安全性。操作員不但可以直接觀察被顯示的距離 ,還可以用聽覺(jué)判斷距離的遠(yuǎn)近。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 超聲波測(cè)距原理概述 超聲波的發(fā)展史 超聲波的含義及其應(yīng)用 當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音，科學(xué)家們將每秒振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，他的單位是HZ。 用同一超聲信號(hào)源激勵(lì)兩個(gè)放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過(guò) 被研究的物體后成為物波，另一束作為參考波。點(diǎn)陣振動(dòng)的能量是量子化的 ，稱為聲子（見(jiàn)固體物理學(xué)）。 國(guó)內(nèi)方面 國(guó)內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于 20 世紀(jì) 50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從 1950 年首先在北京開始用 800KHz 頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至 50年代開始逐步推廣，并有了國(guó)產(chǎn)儀器。 超聲波的特點(diǎn) (1)超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極 化和感生磁化（見(jiàn)電介質(zhì)物理學(xué)和磁致伸縮）。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過(guò)程。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上 的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高 。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等 。若外部施加的極性變反，如圖 c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長(zhǎng)，在長(zhǎng)度方向上縮短。 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 、 超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三 部分。采用流水線結(jié)構(gòu)，單周期指令運(yùn)行速度是 8051 的 12 倍，全指令集成運(yùn)行速度是原來(lái)的 倍。 C8051F 單片機(jī)增加的功能 在 CIP51 內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能更易于在最終應(yīng)用中使用。 超聲波測(cè)距可測(cè)出回波和發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔，利用 S=Ct/2 就可以算出距離 , 再在 LCD 上顯示出來(lái)。 設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是： (1)超聲波信號(hào)的接收、發(fā)射的設(shè)計(jì) (2)顯示電路設(shè)計(jì) (3)流 程圖及程序的設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)的原理圖 MCU 及其超聲波驅(qū)動(dòng)電 路 圖 MCU及其超聲波驅(qū)動(dòng)電路 圖 電路如圖 所示。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出高電平是三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)單片機(jī) 口發(fā)出低電平時(shí)蜂鳴器不發(fā)聲。 信號(hào)進(jìn)入由 TL084 組成的電壓跟隨器增加抗干擾能力并且加大驅(qū)動(dòng)能力。開機(jī)后先顯示“ 寧夏理工學(xué)院 ”亮燈并且蜂鳴器發(fā)聲 ，表示開始工作。定時(shí)器 T0 專門用于記錄 CPU 發(fā)射脈沖信號(hào)前沿至回波脈沖信號(hào)前沿之間的距離 t,由此時(shí)間可換算出障礙物的距離，并決定嘟聲間隙。 一般可根據(jù) 距離變化 的速度和回波信號(hào)脈寬來(lái)分析，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行甄別，篩選出正 確信號(hào)。全部焊好之后，可以用烙鐵尖點(diǎn) IC引腳的端頭，再次讓焊點(diǎn)熔化一次，使焊錫更好的將引腳和 PCB 連接 。去掉 C2 C24 濾波電容，然后觀察波形，癥狀消失，問(wèn)題解決。在程序中的延時(shí)值為 200。分析原因 如下： (1)長(zhǎng)距離的測(cè)量需要大功率的超聲波驅(qū) 動(dòng)電路， 但由于大功率的驅(qū)動(dòng)電路在制作成寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 本、產(chǎn)品體積等方面存在著諸多的制約因素， 綜合各方面的因素 本設(shè)計(jì)采用沒(méi)有采用大功率驅(qū)動(dòng)電路，所以測(cè)量距離只有 1米。單片機(jī)的選用與學(xué)習(xí)增強(qiáng)了我們的實(shí)際分析解決問(wèn)題的能力。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 致謝 我經(jīng)過(guò)這次系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，熟悉了對(duì)一項(xiàng)課題進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)過(guò)程。 在這里還要感 謝同組 同學(xué)，在最后的論文定稿期間，給了我巨大的幫助，同時(shí)也教會(huì)了我不 少的東西，在這里對(duì)他的熱心幫助表示衷心的感謝。 void main(void) { unsigned char xdata i,j=0。 //關(guān)閉蜂鳴器 for(i = 0。 WriteGraphic(3,24,16,8,DISP[1])。 WriteGraphic(3,120,16,8,DISP[4])。 //============一下是顯示圖標(biāo)和固定字符 END===================// while(1) //進(jìn)入循環(huán)部分，循環(huán)發(fā)送超聲波，一個(gè)很短時(shí)間的超聲波 { beep = 0。 } S = time_use * 314。 WriteGraphic(3,96,16,8,DISP[6])。 WriteGraphic(5,64,16,8,DISP[14])。 delay(50000)。 } } void PCA_ISR (void) interrupt INTERRUPT_PCA0 using 3 //收到回波信號(hào)后的中斷程序，所以在主程序里看不到時(shí)間計(jì)算程序。//將高低字節(jié)連接起來(lái)，組成最終的時(shí)間 TL1 = 0。 PCA0CPM0 = 0x21。 i++)。 P2MDOUT = 0x7F。 OSCICN = 0x87。 XBR1 = 0xC3。 CPT0MD = 0x80。 } void Comparator_Init() { int i = 0。 } } ///////////////////////////////////// // Generated Initialization File // ///////////////////////////////////// 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 include // Peripheral specific initialization functions, // Called from the Init_Device() function void PCA_Init() { PCA0CN = 0x40。 } if(CCF2 == 1) //如果收到回波，那么開始處理 { CCF2 = 0。 delay(50000)。 delay(50000)。 WriteGraphic(5,32,16,8,DISP[10])。 WriteGraphic(3,32,16,8,DISP[2])。 //關(guān)閉發(fā)送 40KHZ 的方波 TH1 = 0x00。 WriteGraphic(5,56,16,8,DISP[13])。 WriteGraphic(3,88,16,8,DISP[5])。 } //EA = 1。 // WDTE = 0 （清除看門狗使能） // WDTE = 0 （清除看門狗使能） PCA0MD = 0x00。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 附錄 I 硬件原理圖 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 附錄 II 元器件清單 Comment Footprint Designators 0805C C25 C20 C19 C18 C17 5 0805C C9 C30 C29 C27 C26 C22 C21 C16 C15 C14 C13 C12 C3 C2 C1 C7 C4 17 0R 1206 R5 R43 R42 R4 4 100R 0805 R39 R38 R37 R8 4 100uf/50V 10K 0805 R40 R29 R28 R27 R26 R24 R23 R22 R21 R20 R16 R15 R9 13 12V 0805LED D6 1 1K 0805 R36 R33 R7 R6 R2 R35 R34 7 1N4148 LL34 D9 D8 2 1N5819 D5 1 1uf 0805C C11 C28 C24 C23 C10 C8 C6 C5 8 20K 0805 R11 R10 2 2K 0805 R17 R12 2 0805LED D7 1 330R 805 R3 1 805 R25 1 430R 805 R19 1 430R 805 R18 1 430R 805 R14 1 430R 805 R13 1 470uf/16V 47uf/25V 47UF_SMD E5 1 47uH L1 1 805 R41 1 560R 805 R1 1 5V 0805LED D4 1 74LS04 SO14 U5 1 7805 DPAK U1 1 AD620 DIP8 U7 1 AMS1117 SOT223C U3 1 BAT54SLT1_1 SOT231 D11 D10 2 BELL C8051F410/2 LQFP32 U4 1 CON10 IDE10 J2 1 CON16 LM160801 J4 1 CON3 CON3 J3 1 CON4 J1 1 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 LM358 SO8 U10 1 MAX765 DIP8 U2 1 MMBT2222 SOT231 Q1 1 POT TO220A VR1 1 RESS 805 R32 1 RESS 805 R31 1 RESS 805 R30 1 SM4007 SM1 D3 D2 D1 3 SPEAKER SWPB SW1 S3 1 TL084 SO14 U9 U8 2 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 附錄 III 程序清單 主程序 include // 包含了數(shù)據(jù)代碼定義 include // 包含了所有外設(shè)的初始化 include