【正文】 — 電氣自動 化技術(shù) 31 sta_flag=0。 P0=0。 TL1=0。 _nop_()。 _nop_()。 TR1=1。 /************************************* DS18B20復(fù)位函數(shù) **************************************/ void Init_18B20(void)//初始化 18B20 { DQ = 1。 Delay(20)。 //寫入命令 Delay(5)。 // 給脈沖信號 dat = 1。 //初始化 DS18B20 WriteOneChar(0xCC)。 //返回結(jié)果給調(diào)用 } 距離計算程序 距離計算中，實行了溫度補償和夾角補償。 //直角三角形勾股定理 s=。 tp=temp*。 num[25]=tmp/1000。液晶顯示程序如下： /************************************ LCD 顯示函數(shù) **************************************/ void display(void) { { uchar a,b,d。amp。 if((b24)amp。 RW = 1。 E = 0。 E = 1。//左移 } 在程序中，我們將測量的各種結(jié)果存放到一個數(shù)組 num[]中，然后通過這個數(shù)組的數(shù)據(jù)到預(yù)先存放字符的數(shù)組中去按 num[]中的數(shù)據(jù)的順序去讀取出預(yù)存在 numcode[]中的字符然后送到 LCD 中顯示，注意 LCD 的顯示必須做一系列的初始化和忙標(biāo)志的判讀操作。 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 47 第五章 PCB 設(shè)計 （注： PCB 為我們培訓(xùn)時的重點，所以對 PCB 運用還勉強可以 ，整個培訓(xùn)過程學(xué)的最好的就是 protel，在此再次感謝鄭樹華老師 ） 軟件和硬件設(shè)計完成后就可以開始制作樣機，首先是元件的選擇，通過找資料和比較，本設(shè)計采用 STC 公司的 STC90C52RD+單片機，液晶顯示采用YB1602A；超聲波發(fā)送采用 TI 公司的 74F04,接收采用索尼公司的紅外接收 芯片 CX20216，超聲波發(fā)射接收頭采用 40T， 40R。 元件封裝的建立 在繪制完成原理圖后接下來就是確定元件的封裝。 （ 4）電路板上每個 IC 并接一個 ~ F? 的高頻電容，減小 IC 對電源的影響。為了提高系統(tǒng)的電磁兼容能力，必須從設(shè)計初始開始就對電磁兼容給予足夠的重視，電磁兼容可以從 3個要素考慮 .即電磁干擾源、電磁干擾可能的傳播途徑、極易接收電磁干擾的敏感器件很電路入手。我們采用它來做我們的原理圖和 PCB 設(shè)計。 C，通過調(diào)節(jié) DS18B20模型的溫度可以測試顯示溫度是否正確，從圖中可以看出顯示的溫度就是 DS18B20的預(yù)設(shè)溫度值。//光標(biāo)歸位 Write_Comm(0x38)。 RS = 1。 }while(Busy)。 } } } LCD 是一個慢顯示器件，所以在寫入數(shù) 據(jù)前必須確定 LCD 處在不忙的狀態(tài)。 //寫入要顯示的數(shù)據(jù) } Write_Comm(0xc0)。//寫首地址 for(a=0。 num[27]=tmp/10。 num[12]=tmp/100。 unsigned long int tmp。 else //溫度小于 0 c=*temp*。 t = b。 } return (dat)。 uchar dat = 0。 i 0。 //480us DQ = 1。 DS18B20溫度采集程序 DS18B20的工作流程是 ,初始化 ? ROM 操作指令 ? 存儲器操作指令 ? 數(shù)據(jù)傳輸。 _nop_()。 _nop_()。 //開始發(fā)送超聲波 40KHz _nop_()。 //開放總中斷 Init_LCD()。i++) //顯示清零 { num[i]=0。 testtemp()。 //啟動定時器 0 ET0=1。 if(START) goto waitforstarting。j++)。 (5)主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個子程序的調(diào)度管理等部分。 因為 1602識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。使用時通過接一個 10K 的電阻來調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)， 9 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms， 12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大 圖 DS18B20 溫度傳感器 轉(zhuǎn) 換時間為 750ms。 8 腳：電源正極， ～ 5V。增大電阻 R4 或減小 C4,將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 超聲波接收電路 超聲波接收包括接收探頭，信號放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭相同的型號，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。蜂鳴器時一塊壓電晶片，在其兩端加上 3~5V的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz 的蜂鳴聲。一般取 R? 1 ?K ， C? 22uF。 (6) STC90C52RD+價格也比較便宜 18 元 /片 (7) 增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。如下圖所示： 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 16 圖 由 LM1812 構(gòu)成的接收電路 (4) CX20216 構(gòu)成的接收電路 圖 CX20216 構(gòu)成的接收電路 以上為常用的發(fā)射和接收電路，分立元件構(gòu)成的收發(fā)電路容易受到外界的干擾，體積、功耗也比較大。很容易通過軟件控制。 超聲波測距的算法設(shè)計 : 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340米（ 15℃ 時）。反之，如果由超聲波機械振動作用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也 會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。 3 超聲波對聲場產(chǎn)生的作用 (1) 機械作用 超聲波傳播過程中，會引起介質(zhì)質(zhì)點交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機械效應(yīng)。 如果超聲波斜入射到兩個固體介質(zhì)面或兩粘滯彈性介質(zhì)面時，一列斜入射的縱波不僅產(chǎn)生反射縱波和折射縱波，而且還產(chǎn)生反射橫波和折射橫波。（ T 為環(huán)境溫度）。超聲波在超聲場（被超聲波充滿的范圍）傳播時，如果超聲波的波長與超聲場相比，超聲場很大，超聲波就像處在一種無限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴散；反之，如果超聲波的波長與相鄰介質(zhì) 的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴散。 6 誤差分析 1）誤差的分析； 2）改進。通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單 片機通過采樣獲取到超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進行測距補償，其測量電路小巧，精度高，反映速度快，可靠性好。 （ 4）商用設(shè)備：各種收款機、 POS 系統(tǒng)、電子秤、條形碼閱讀器、商務(wù)終端、IC 卡輸入設(shè)備、自動柜員機、防盜系統(tǒng)等。從此，計算機技術(shù)在兩個重要領(lǐng)域 —— 通用計算機領(lǐng)域和嵌入式計算機領(lǐng)域都得到了極其重要的發(fā)展 ,并 正在深深地改變著我們的社會。 【關(guān)鍵詞】 ：超聲波測距，單片機， DS18B20 溫度補償， LCD 顯示，軟件設(shè)計，誤差分析。 （ 1）軍事裝備：各種武器控制（火炮控制、彈道控制、炮彈引信等），坦克、艦船、轟炸等各種電子裝備，雷達、電子對抗、軍事通訊裝備等。例 如，液面測量就是一種距離測量，傳統(tǒng)的電極法是采用差位分布電極，通過給電或脈沖來檢測液面，電極長期浸泡于水中或其他液體中，極易被腐蝕、電解，失去靈敏性。 3 系統(tǒng)的 PCB 制作 1) PCB 布局布線； 2) PCB 實驗板的焊接。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。 超聲波與氣其他聲波一樣，其傳播速度與 介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。聲波的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以分別由如下兩 式求得： 圖 聲波反射 11211222coscoscoscosccccR??????????? 11221122c osc os2ccccT???????? 式中： ??, —— 分別為聲波的入射角和反射角； 2211 , cc?? —— 分別為兩介質(zhì)的特征阻抗，其中 21,cc 為反射波和折射波的速度。從上式看出，當(dāng) d=0 或 d= ?n （ n 為整數(shù)）時，合成振幅 r? 達到最大值；當(dāng) d= ,...)5,3,1(2 ?nn ? 時，合成振幅 r? 為最小值。 4 超聲波傳感器 超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙 壓電陶瓷晶片制成，具有可逆特性。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ? (2) 由集成電路構(gòu)成的發(fā)射電路 圖 為由 555 集成芯片構(gòu)成的振蕩、調(diào)制、激勵電路。 2）采用同相端輸入方式其輸入阻抗高， 超聲波接收傳感器的輸出信號接到放大器的同相端，有利于超聲波傳感器充分發(fā)揮接收靈敏度和自生的選頻作用。 (3) STC90C52RD+采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。 接測量按鍵。 圖 時鐘電路 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 19 按鍵電路 我們通過 來啟動測量，程序中通過查詢 的電平來檢測是否按鍵被按下，電路原理如下： 當(dāng)按下按鍵時 為低電平，單片機通過 查詢到低電平開始測量距離，當(dāng)松開按鍵， 即為高電平。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。以下是 CX20216A 的引腳注釋。例如，取 R=200kΩ 時， f0≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。C，溫度輸出以 16 位符號擴展的二進制 數(shù) 形式 提供 ， 低位 在先 ， 以176。它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳，如下圖所示： 第一腳 GND：接地。 第十五腳 BLA:背光電源正極輸入端。光標(biāo)減 1)， S=1 且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移 ) s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) 其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指 針 =0)。i255。 for(i=0。 i=100000。 //停止計數(shù) jsl=TL1。 //標(biāo)志清零 } } } void sys_init(void) { uchar i。 CNT=0。 sta_flag=1。 _nop_()。 _nop_()。 //啟動定時器 1計數(shù) delay15(50)。 //DQ 復(fù)位 Delay(10)。 } (2)字節(jié)寫入 DS18B20程序 字節(jié)寫入的時序是拉低 輸入 /輸出線至少 15 S? 以作為起始信號，按從低位到高位的順序取出欲寫入字節(jié)中的 1位數(shù)據(jù)，寫入輸入 /輸出線，延時等待 15 S?后將輸入 /輸出線拉高作為停止信號，以等待下一位的寫入。 DQ = 1。 DQ = 1。 //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE)。程序如下： /**************************************** 距離計算函數(shù) 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術(shù) 38 ****************************************/