【正文】 mperature pensation. **************** 論文 目錄 0 目錄 第 1 章 緒論 ????????????????????? ??? 1 課題的提出 ?????????????????????? 1 超聲測(cè)距技術(shù)的研究情況及其發(fā)展 ????????????? 2 本課題的研究?jī)?nèi)容及其意義 ???????????????? 3 第 2 章 超聲波測(cè)距技術(shù)綜述 ???????????????? ? 5 超聲波簡(jiǎn)介 ??????????????????????? 5 超聲波測(cè)距的一般原理和方法 ??????????????? 6 超聲波傳感器的主要參數(shù)及選擇 ?????????????? 7 第 3 章 超聲測(cè)距系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ???????? ????? 14 總體設(shè)計(jì)方案概述 ??????????????????? 14 單片機(jī)控制超聲波傳感器聲波收發(fā)電路的設(shè)計(jì) ??????? 16 溫度信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì) ???????????????? 17 顯示單元電路的設(shè)計(jì) ?????????????????? 18 PC機(jī)串行通信的設(shè)計(jì) ?????????????? 19 第 4 章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) ????? ??? ? 21 單片機(jī) AT89C51????????????????????? 21 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的其他芯片原理介紹 ???????????? 24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ????????????????????? 29 第 5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析 ?????????? ???????? 42 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ??????????????????????? 42 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ????????????????????? **************** 論文 目錄 1 43 參考文獻(xiàn) ???????????? ????????????? 45 致謝 ??????????????????? ?????????? 46 附錄 ???????????????????????? ????? 47 **************** 論文 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的提出 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展，測(cè)距與識(shí)別問題在工業(yè)中變得十分重要。 、體積小、費(fèi)用低、信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化與集成化，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。但當(dāng)時(shí)這種儀器只有個(gè)別科研單位 使用，建工部門使用不多。我國(guó)煤炭科學(xué)研究院研制的 20xxA 型超聲波分析檢測(cè)儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測(cè)量?jī)x器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測(cè)量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。 **************** 論文 超聲波測(cè)距技術(shù)綜述 5 第 2 章 超聲波測(cè)距技術(shù)綜述 超聲波簡(jiǎn)介 在科學(xué)史上，人們很久以前對(duì)聲音信號(hào)就有了認(rèn)識(shí)，聲學(xué)是最早發(fā)展的學(xué)科之一。 ：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與傳播方向相垂直的波，稱為橫波。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。在測(cè)距精度不是很高的情況下，一般認(rèn)為 c為常數(shù) 340m/s。一般為幾度至幾十度。本設(shè)計(jì)選用 Polaroid 600 系列傳感器、 Polaroid 6500 系列超聲波測(cè)距驅(qū)動(dòng)模塊。發(fā)送之后陶瓷晶振被 分頻。 Polaroid 6500 系列超聲波傳感器測(cè)距驅(qū)動(dòng)模塊的推薦工作條件： 表 Polaroid 6500 的推薦工作條件 最小 最大 單位 電源電壓 V 高電平輸入 V 低電平輸入 V ECHO 和 OSC 輸出 V 上電到加 INIT的延遲時(shí)間 5 ms 每次測(cè)量的工作周期 80 ms 環(huán)境溫度 0 40 ℃ Polaroid 6500 系列超聲波傳感器測(cè)距驅(qū)動(dòng)模塊的各控制信號(hào) INIT 引腳：該模塊上電之后，給該引腳送高電平則超聲波傳感器開始發(fā)出超聲波。觸發(fā) INIT 信號(hào)后， XDCR 引腳會(huì)有輸出，頻率為 振幅為 400v 的 16個(gè)脈沖會(huì)激勵(lì)陶瓷震蕩片開始發(fā)出超聲波， 16 個(gè)脈沖之后幅值為 200 v 的電壓會(huì)作為最優(yōu)的選擇仍加在該傳感器上。 **************** 論文 超聲波測(cè)距技術(shù)綜述 13 隨著 INIT 變?yōu)楦唠娖揭粋€(gè)新的超聲測(cè)距周期就開始了，接收放大器的增益是離散性逐漸增加的，因?yàn)樾盘?hào)的傳播是隨著距離的增加而削弱的。測(cè)量模式的選擇與控制實(shí)現(xiàn)是由 PC 機(jī)完成，單片機(jī)負(fù)責(zé)**************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 15 執(zhí)行命令并進(jìn)行目標(biāo)測(cè)量，將測(cè)出的距離結(jié)果，發(fā)送給 PC 機(jī)，并將測(cè)距結(jié)果進(jìn)行 LED 顯示，顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，通過單片機(jī)編程將得到的傳感器測(cè)得距離信息并行輸入送至 4位 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示， LED 由 8 位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273 驅(qū)動(dòng)，第一位數(shù)碼管數(shù)據(jù)為該路傳感器的信息，后三位數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù) XXX，表示由該路傳感器測(cè)得的距離為 XXXcm。此外，如果要檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)，需要將 ECHO 引腳變?yōu)榈碗娖郊纯衫^續(xù)接受下目標(biāo)，這一過程的單片機(jī)控制方法：先給單片機(jī) 或 引腳送低電平信號(hào)，即將傳感器 1 或 2 的BINH 引腳先變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，再給 或 引腳送入一個(gè)寬度大于 的脈沖，則傳感器 1 或 2 的 ECHO 引腳就可變?yōu)榈碗娖揭詡浣邮障乱换夭ㄐ盘?hào)的到來。 C（ t=6*42）時(shí)的聲速。 由于 RS232C 的邏輯 0 電平規(guī)定 為 +5～ +15V，邏輯 1 電平規(guī)定為 15～5V,因此在于 TTL 電路接口時(shí)必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 21 第 4 章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 上一章介紹了超聲測(cè)距系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)及具體的各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，本章將要介紹系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)，包括三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C51控制部分、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。 32 個(gè)雙向 I/O 口 178。 可直接驅(qū)動(dòng) LED 178。 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TMOD 用來選擇定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0、 1的工作方式，低 4 位用于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0，高 4位用于定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1。如果GATE=0，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作與引腳 0INT 、 1INT 無關(guān)。 (3).定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 運(yùn)行控制位 TRO 和溢出中斷標(biāo)志 TFO 功能與 TR1， TF1 相仿。輸出截止態(tài)電壓： 30V； 工作環(huán)境溫度： 0～ 70℃； 存儲(chǔ)溫度 ： 65～ 150℃ 2）功能表： **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 26 表 功能表（ Y=/A） Input（輸入） Output（輸出） 1A～ 6A（輸入端） 1Y～ 6Y（輸出端） L H H L 74LS273 8位數(shù)據(jù) /地址鎖存器 74LS273是一種帶清除功能的 8D觸發(fā)器，只有在清除端 CLR保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為 11腳 CLK，采用上升沿鎖存。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。 RS232 采用的是負(fù)邏輯，即邏輯“ 1” 用 5v～ 15v 表示，邏輯“ 0”用＋ 5v～＋ 15v 表示；而 8051 型單片機(jī)的串行通信采用的是 TTL 正邏輯，即邏輯“ 1”為 以上，邏輯“ 0” 為 。 t/2731? ≈+(僅保留到一次項(xiàng)的泰勒級(jí)數(shù)展開式 )其中， C 為 t 溫度條件下的聲速， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間，由于單片機(jī)是按照 16 進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，所以得出的 S 并不能直接顯示，需要轉(zhuǎn)換。程序初始化過程，主要是對(duì)定時(shí)數(shù)器工作方式及其初值、各中斷的工作方式、串行通信波特率等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，主程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 。開總中斷 SETB ES SETB ET0 。判斷是否兩個(gè)目標(biāo) SJMP LOOP5 LOOP4: SETB 。2 個(gè)目標(biāo) JNB 00H,LOOP8 。計(jì)數(shù)單元不為 0 轉(zhuǎn)移 MOV A,R0 JZ LOOP11 。 一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)移 SJMP LOOP15 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 39 LOOP11: MOV R1,0E8H 。然后讀入串行通信傳送的信息，通過寄存器 R0,存入到指定的 80H 單元中 ，讀入信息后再在判斷子程序中判定上位機(jī)傳送的指令內(nèi)容，不同的指令由不同的字符代替，比如要求系統(tǒng)執(zhí)行模式 1 單傳感器單目標(biāo)測(cè)量時(shí)， PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送字符“ A”，在單片機(jī)中字符用 ASCII 碼表示，用十六進(jìn)制數(shù)表示為 41H，即十進(jìn)制為 65，每次判別到該信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)入模式 1 單傳感器單目標(biāo)子程序執(zhí)行；同理可得其他情況下的程序流程。為 0 計(jì)數(shù)單元置 0FFFFH LOOP15: RETI 串口通信程序 定時(shí)器 T1 控制波特率，工作在方式 1自動(dòng)重裝方式。計(jì)算距離子程序 MOV R0,00H INC R0 。若超聲標(biāo)志為 1,則修改為 0 MOV R0,30H 。外部消隱 SETB EX0 。開啟 T1 記數(shù) SETB SETB MOV 23H,35 。外部中斷 1 入口地址 Ljmp INT1INT ORG 000BH 。此外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中開辟了用于存儲(chǔ)測(cè)距相關(guān)數(shù)據(jù)的幾個(gè)內(nèi)存單元：計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)單元，用于存放在定時(shí)器周期內(nèi)兩超聲波傳感器的定時(shí)器計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)，超聲波傳感器 1 的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)單元為 30H 開始的單元，超聲波傳感器 2的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù) 單元為 40H 開始的單元；測(cè)距結(jié)果單元，用于存放計(jì)算之后的距離數(shù)據(jù)，超聲波傳感器 1 的測(cè)距結(jié)果單元為 50H 開始的單元，超聲波傳感器 2的測(cè)距結(jié)果單元為 60H 開始的單元。 RS232 總線規(guī)則及其接口方法：標(biāo)準(zhǔn) RS232 總線共 25 線，大多采用DB25 型 25 針的連接器，它的每根引針號(hào)都按規(guī)定連接 RS232 所對(duì)應(yīng)的信號(hào)線，從而把數(shù)據(jù)終端與數(shù)據(jù)設(shè)備連接起來。 2) LED耗電非常低，一般來說 LED的工作電壓是 2V～ 。 1D～ 8D為數(shù)據(jù)輸入端， 1Q～ 8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作 8位地址鎖存器。IT1=1 時(shí) 1INT 為跳變觸發(fā)方式，當(dāng)外部引腳 1INT 上出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，該負(fù)跳變經(jīng)邊沿檢測(cè)器使 IE1 置1，向 CPU 申請(qǐng)中斷。 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 TCON高 4位用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器O、 1 的運(yùn)行 。格式如表 所示： 表 TMOD 格式表 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 (l).定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器功能選擇位 C/T ， C/T =1 為計(jì)數(shù)器方式， C/T =0 為定 **************** 論文 超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件及軟件的實(shí)現(xiàn) 23 時(shí)器方式。 低功耗空閑和掉電模式 178。 兩個(gè) 16位可編