【正文】 超聲波測(cè)距在移動(dòng)機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一 類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計(jì)時(shí)。如圖31所示： 超聲波發(fā)射 障礙物 S H θ超聲波接收?qǐng)D31 超聲波的測(cè)距原理 （31） （32）式中:L兩探頭之間中心距離的一半.又知道超聲波傳播的距離為: ( 33)式中:v—超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，其核心在于微處理器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。圖35 人的聽覺范圍 超聲波的特性有：（1）束射特性由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。物資分子由于振動(dòng)所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量?！　〕曁筋^的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。我們選用壓電式超聲波傳感器。 共振板gon 壓電晶片 電極 電極圖36超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。電子線路CAD的基本含義是使用計(jì)算機(jī)來完成電子線路的設(shè)計(jì)過程，包含電路原理圖的編輯，電路功能的仿真，工作環(huán)境的模擬，印制板的設(shè)計(jì)（自動(dòng)布局，自動(dòng)布線）與檢測(cè)等等。 整體電路設(shè)計(jì)整體電路的控制核心為單片機(jī)AT89S52。圖41超聲波測(cè)距原理圖單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。接收換能器對(duì)超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測(cè)距離。T4016是反饋耦合元件，對(duì)于電路來說又是輸出換能器。電路的振蕩頻率決定于反饋元件的T4016，其諧振頻率為40kHZ177。 圖44 40khz超聲波發(fā)射電路40kHZ超聲波發(fā)射電路之三，它主要由四與非門電路完成振蕩及驅(qū)動(dòng)功能，通過超聲換能器T4016輻射出超聲波去控制接收機(jī)。電路簡(jiǎn)單易制。輸出端為F，另外還有集電極開路的放電管DIS。如圖46所示。加入這個(gè)電路就是為了在停止發(fā)送超聲波的時(shí)候?qū)l(fā)射器內(nèi)部的能量釋放到地，使其立即停止工作。如圖411所示電路有三級(jí)放大：前兩級(jí)種放大100倍，采用高速精密放大器LM318， 其帶寬為15MHz，放大倍數(shù)為100倍時(shí)，能充分滿足要求；第三級(jí)采用LF353運(yùn)算放大器，帶寬為4MHz，對(duì)于62倍的放大倍數(shù)，能充分滿足條件。由于感性的存在，在停止發(fā)送超聲波的那一刻，OUT口會(huì)出現(xiàn)一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，即電位低于地電位。圖413超聲波回波信號(hào)整形電路 圖414 40KHz超聲波接收電路 顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管的顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。圖415 數(shù)碼管顯示電路 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的元器件都可以使用+12V或是+5V的電源來驅(qū)動(dòng)，所以我制作了一個(gè)穩(wěn)壓電源，它使用三端集成穩(wěn)壓器CW7812和CW7805來設(shè)計(jì)。這種在時(shí)域上連續(xù)的兩種頻率的超聲波被前方的目標(biāo)反射后，形成回波，回波經(jīng)由接收器形成回波脈沖EchoH和EchoL。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm左右的“盲區(qū)”。一種是用底波多次反射的次數(shù)來表示。信道干擾。它會(huì)影響測(cè)量裝置的正常工作。② 隔離穩(wěn)壓器。接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)測(cè)量裝置中的地線是所有電路公共的零電平參考點(diǎn)。V = 331．4 + 0．607T 　　式中，T為實(shí)際溫度單位為℃，v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為m／s。它直接利用機(jī)器提供的指令系統(tǒng)編寫程序，該類程序的可執(zhí)行指令是與機(jī)器語(yǔ)言程序的指令一一對(duì)應(yīng)的。C語(yǔ)言的模塊化程序結(jié)構(gòu)可以使程序模塊實(shí)現(xiàn)共享。再加上本人對(duì)C語(yǔ)言程序更加熟悉一點(diǎn)，所以最終決定使用C語(yǔ)言為本次設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。 //讀完兩個(gè)字節(jié)后復(fù)位 write(0xCC)。 y=Read_Temperature()。 cm=7610。w) //啟動(dòng)顯示9~0，H~A，{ LED_Data=LED0[w]。 bell=1。 show(25)。 show(25)。 //外部中斷下降沿觸發(fā)方式 w=0。} while(flag==0amp。 if(dis=8||dis=996){temp[0]=0xF7。 show(10)。在此向老師們表示深深的感謝和崇高的敬意。同時(shí)也要感謝系里其它同學(xué)和我的朋友在設(shè)計(jì)中給我提供的幫助和支持。 //定義超聲波輸出引腳sbit k1=P1^0。 //定義顯示溫度標(biāo)志位uchar T_C。 //延時(shí)11USvoid LED_T_C(uint x)。 //輸出20個(gè)40k方波函數(shù)void LED_temp(uint x)。 DQ = 1。} // 讀響應(yīng) _nop_()。_nop_()。} //uint read(void) //從總線上讀取2個(gè)字節(jié){ uchar i。 DQ = 1。 return(v)。 //讀完兩個(gè)字節(jié)后復(fù)位 write(0xCC)。} //2位 else{temp[2]=0x37。jx。 _nop_()。}//void led_display(void) //LED顯示函數(shù){ LED_Data=temp[2]。 LED_Data=temp[0]。 temp[1]=LED0[x%10]。 //溫度值＝變化后的溫度值 if(tu==0)speed=332+T_C*。 if(k1==0){bell=0。while(k3==0)。led_2H=0。 //關(guān)閉P3口 }//key()。 show(25)。 show(25)。//裝T1初值 TR1=1。TO==0)。temp[2]=0xF7。 if(show_temperature==1)goto T_show。 temp[0]=0xF7。硬件電路主要包括單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和電源電路，另外還有復(fù)位電路和LED控制電路等。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。此外供電電源也會(huì)使測(cè)量差生很大的誤差。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號(hào)發(fā)射和接收、供電、溫度測(cè)量、顯示等模塊組成。 temp[2]=0xF7。 //停止計(jì)數(shù)EX1=0。 LED_temp(dis)。w=0。 //發(fā)送測(cè)量方波 time_11uS(6)。 }while(show_temperature==1)。 show(25)。 //關(guān)總中斷 TR1=0。 time(400)。} }}//void main(void)//＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝主函數(shù)＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝{ uchar w。while(k1==0)。 //溫度為負(fù)則聲速 } }else speed=。 temp[0]=LED1[x]。 //顯示2位，無小數(shù)點(diǎn) time(5)。 //顯示個(gè)位，帶小數(shù)點(diǎn) time(5)。 } }//float Dis_count() //距離計(jì)算函數(shù){ float cm。i122。C if(r){temp[1]=LED0[x%10]。 // 發(fā)啟動(dòng)溫度變換指令 if(c0x1000){c=c+1。 reset()。_nop_()。 for (i=16。 DQ = wramp。 // 返回響應(yīng)值 1=存在, 0 不存在}//void write(char wr) //向總線上寫一個(gè)字節(jié){ uchar i。_nop_()。 //裝入初值uint C_speed(void)。 //讀溫度void write(char wr)。uint dis。sbit k3=P1^2。 附 錄附錄一：電路PCB圖附錄二：程序代碼//超聲波測(cè)距系統(tǒng) 12M晶振//include include include //include define uint unsigned intdefine uchar unsigned chardefine LED_Data P0 //定義LED顯示數(shù)據(jù)為P1口define OFF P3sbit led_1H=P2^7。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向全體老師表示由衷的謝意。 if(show_temperature==1)goto T_show。temp[2]=0xF7。TO==0)。 //裝T1初值 TR1=1。 show(25)。 show(25)。 //關(guān)閉P3口 }//key()。led_2H=0。 //計(jì)算距離uS*34650m cm/=20000。 //溫度值＝變化后的溫度值 if(tu==0)speed=332+T_C*。 // 發(fā)啟動(dòng)溫度變換指令 圖51 程序流程框圖 if(c0x1000){c=c+1。 reset()。C語(yǔ)言應(yīng)用于單片機(jī)編程出了上述特點(diǎn)外，還有以下突出特點(diǎn)：編譯器可以自動(dòng)完成變量存儲(chǔ)單元的分配，省去了分配和紀(jì)錄存儲(chǔ)單元的繁瑣；不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，省去了單片機(jī)漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)間；具有良好的可移植性，只要將程序略加改動(dòng)就可以將其應(yīng)用與其他類型的單片機(jī)，省去了更改單片機(jī)型號(hào)時(shí)重新編寫程序的無奈。但由于匯編指令與機(jī)器語(yǔ)言指令一一對(duì)應(yīng)，即一條匯編語(yǔ)言的可執(zhí)行指令對(duì)應(yīng)著一條機(jī)器語(yǔ)言指令，反之亦然。這里采用的主要元器件是是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。然而，由于各個(gè)地點(diǎn)之間必須用具有一定電阻的導(dǎo)線連接，一量有地電流流過時(shí)，就有可能使各個(gè)地點(diǎn)的電位產(chǎn)生差異。隔離穩(wěn)壓器初次級(jí)間用屏蔽層隔離，減少級(jí)間禍合電容，從而減少高頻噪聲的竄入。供電電網(wǎng)內(nèi)阻過大或網(wǎng)內(nèi)用電器過多會(huì)造欠壓器聲。（2）電源干擾這是由于電源波動(dòng)、市電電網(wǎng)干擾信號(hào)的竄入以及裝置供電電源電內(nèi)阻引起各單元電路相互禍合造成的干擾。另一種是理論上定量計(jì)算的表示方法，即用衰減系數(shù)來表示聲波的衰減。引起超聲波衰減的主要原因有： （1）擴(kuò)散衰減:超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴(kuò)散能量逐漸分散，從而使單位面積內(nèi)超聲波的能量隨傳播距離的增加而減弱。當(dāng)目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，高頻超聲波被空氣吸收而大幅衰減，接收器接收到的回波中只有低頻超聲波EchoL。極性電容起濾波電容的作用，非極性電容則可以改善負(fù)載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí),再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法較