【正文】 tance. Temperature measurement child program is mainly according to the temperature and speed table lookup table to obtain the current velocity and substituted into the formula were calculated. The process of the realization includes the reset procedure, the sending matched ROM mands, the temperature conversion mand, etc. The realization of the measurement distance subroutine is the measurement of time, which is the core of the system. After the timer initialization, the time will start. In summary, ultrasonic probe signal through AT89C52 analysis and a series of processing and finally realize the full functionality of the high precision ultrasonic ranging system, also shows that the design of the system to meet the 基于單片機(jī)的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 VI actual demand, this topic research has a certain value. Worthy of note is that in order to reduce the blind spot of the measurement of the system, the dual parator circuit to deal with different distance signal (remote part of 3cm50cm close part and 50cm400cm), making precision further improved. The system has higher design precision, can be used in the reverse radar of the car, and can also be used in the intelligent robot distance identification system or other distance 3cm500cm, the precision 1cm system. Keywords: single chip microputer, high accuracy, ultrasonic, rangin華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 48 頁 １ 緒論 超聲 波測距系統(tǒng)作為一種經(jīng)典的非接觸式測量技術(shù)，包含了電子，材料，物理等學(xué)科的知識理論，其應(yīng)用領(lǐng)域也十分的廣泛。紅外線測距雖然造價便宜，但其不能達(dá)到高精度，且方向性不好。直到第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，期間關(guān)于超聲波的研究漸漸地被人們所看重。德國的貝格曼在他的書《超聲波》中，比較完整的介紹了大量的超聲波的資料。還留下諸多相關(guān)實驗的數(shù)據(jù)結(jié)論，如，超聲波的傳播速度（即聲速）的影響因素有哪些，波的特性在傳播過程中對測距系統(tǒng)的影響分析。 通過長時間的研究和發(fā)展，超聲波測距不僅僅是單一的技術(shù)了。超聲波的使用范圍也是很廣的，比如：測量，測量又分為速度的測量和距離的測量；各種需要殺滅細(xì)菌的環(huán)境；超聲波的能量還可用于破碎物體，用于分割等。最后，也是最重要的一點，超聲波傳播的方向是直的，這就使得超聲波用于測距有了一個很好的基礎(chǔ)條件。 ?代表系數(shù)，單位是：奈培 /cm。有一些特殊的材料在接受一定壓力是會在其內(nèi)部產(chǎn)生一個電場，這就是我們通常所說的壓電效應(yīng)，而能達(dá)到這種效應(yīng)的材料就是作為超聲波傳感器的核心部件。其中一路信號經(jīng)過 TGC 時間增益補(bǔ)償電路經(jīng)行增益處理，然后再次放大，通過雙比較器整形電路的 A比較器送入單片機(jī)。 此外，單片機(jī)還需要負(fù)責(zé)控制顯示電路，將測量出的距離的結(jié)果通過 LED 數(shù)碼管直觀 的顯示出來。 P1 口的第二功能如表 31所示： 表 31 AT89C52 第二功能說明表 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入）、時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） 基于單片機(jī)的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 10 頁 共 48 頁 續(xù)表 31： 引腳號 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外中斷 0) INT1（外中斷 1） T0 (定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 實物圖片如圖 31 所示： 圖 31 AT89C52 芯片實物圖 ３ .１ .２ 超聲波傳感器的選型 本設(shè)計中選用的是型號為 T/R4018A 的壓電式換能器，具體參數(shù)如表 32 所示： 表 32 T/R4018A 超聲波換能器相關(guān)參數(shù) 型號 中心頻率 （ kHz） 發(fā)射聲壓最小電平（ dB） 接收最小靈敏度 (dB) 最小寬帶 (kHz/dB) 電容 pF 發(fā)射 接收 T/R4018A 40177。 其頻率特性為圖 32 所示： (a) 聲壓能級曲線 (b)靈敏度曲線 圖 32 超聲波換能器頻率特性 從圖中很容易看出，它的聲壓性能大約在 40kHz時最優(yōu)，靈敏度也同樣。 ３ .２ ＣＰＵ模塊電路的設(shè)計 CPU 模塊 主要用于控制各子電路的工作 ,電路 原理圖 如圖 36所示： 圖 36 CPU 模塊電路圖 P0、 口 用于接顯示電路， （ RXD）、 （ TXD）用于接串口通信電路， （ INT0）、 （ INT1）用于接雙比較整形電路的 2 路輸入信號， 用于1 2Y112MHz20pFC120pFC2C310KR1+5VRXDTXDECD1ECD2INCUD+5VS1EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U2AT89C52基于單片機(jī)的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 14 頁 共 48 頁 發(fā)送 40kHz 的脈沖信號給超聲波發(fā)射電路， 和 用于接時間增益補(bǔ)償電路的數(shù)字電位器。 超聲波發(fā)射包括兩部分的內(nèi)容：首先是超聲波的發(fā)射電路，本設(shè)計中選用 4069 非門組成，當(dāng)輸入口輸入的信號為高時，經(jīng)過反相器變?yōu)榈碗娖?；?dāng)輸入口輸入信號為低時，經(jīng)過反相器后變?yōu)楦唠娖?，這樣就實現(xiàn)了振蕩的信號，以此來對發(fā)射探頭進(jìn)行控制。 距離增的增加會導(dǎo)致 回波信號的幅值衰減，并且衰減呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律。 該電路主要 通過 數(shù)字電位器變化主化阻值來達(dá)到目的 。但由于聲波特殊的性質(zhì)，會有一部分聲波沒有經(jīng)過發(fā)射到反射這個過程，而是直接進(jìn)入接收端，這是接收端子無法分辨是否為反射信號，從而會導(dǎo)致錯誤測量。本設(shè)計 使用數(shù)字溫度計 DS18B20 用于獲取環(huán)境溫度 ,最后通過查表法獲得 聲 音的速度 。 按照其中 7 個發(fā)光二極管的 接法的 不同， 可以將 七段數(shù)碼管 分為共陽（共陽極）和共陰（共陰極）兩種。 動態(tài)掃描 的意思是：電路依次往各個 數(shù)碼管 傳送 字形碼 、 位選 信號 ， 由于 發(fā)光管 有余輝 且肉眼有一個 視覺暫留 的效果 ， 我們就會覺得所有的 數(shù)碼管 是同時顯示的。片選端 /CE 為低電平有效。 并行通信 就 是將 需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù) 的每一位 用 不同的 數(shù)據(jù)線同時 傳輸過去。單片機(jī)主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和控制電路，計算機(jī)主要是對單片機(jī)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列計算和處理以及對單片機(jī)進(jìn)行控制。計算機(jī)到單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸過程為：計算機(jī)的數(shù)據(jù)通過 RS232 串口傳到 MAX202 芯片的 R1I 口，接著 MAX202 將信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接收的信號，通過 R1O 口輸出，再經(jīng)過一個光電耦合器，然后進(jìn)入單片機(jī)的 RXD 口。外圍電路的初始化包括：顯示電路初始化、 。 基于單片機(jī)的高精度超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 第 28 頁 共 48 頁 ４ 軟件設(shè)計 ４ .１ 主程序 在本設(shè)計中， AT89C52 單片機(jī) 是整個系統(tǒng)的核心，需要通過它來控制各個子系統(tǒng)的運(yùn)行，主程序流程圖如圖 41所示： 圖 41 主程序流程圖 主程序的基本流程是：首先對單片機(jī)的時鐘和外圍電路進(jìn)行初始化，接著，使用溫度補(bǔ)償電路來測量實際溫度，并且代入溫度計算公式中計算出該溫度條件下的超聲波傳播的速度值。通信距離在二十米以內(nèi)。缺點是因為 傳輸線 非常多，如果需要長距離傳送的話會用到許多路線，造成高額的成本，且給收發(fā)兩方的設(shè)備都帶來不小的挑戰(zhàn)，并行通信如圖 319 所示： 圖 319 并行通信示意圖 A1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS1AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS2AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS3AMBERCAA1f2g3e4d5A6c8DP7b9a10DS4AMBERCAQ19012Q29012Q39012Q49012+5V2KR32KR42KR52KR6CE19DIR1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811VCC20GND10U374LS245+5V+5VabcdefgDPabcdefgDPabcdefgDPbcdefgabcdefgDPaDP接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備詢 問應(yīng) 答101011008 位 同 時 傳 送華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 48 頁 串行通信 和并行通信不同的是，傳輸線只有一條，所有需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù) 逐位 的 向目標(biāo)設(shè)備輸送。 DIR=“ 1”，信號由 A 向 B 傳輸，即芯片為發(fā)送作用。 結(jié)合實際考慮，本設(shè)計中選用了動態(tài)顯示的方式。 共陽極和共陽極的七段數(shù)碼管示意圖如下圖 316 所示： 圖 316 共陽極和共陽極七段數(shù)碼管示意圖 亮段 小數(shù)點 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 48 頁 LED 顯示不同數(shù)字的方式如圖 317 所示： 圖 317 數(shù)碼管數(shù)字顯示圖 從上圖中我們很容易發(fā)現(xiàn) ,若要求顯示 數(shù)字“ 1”，需要讓 b、 c 兩個發(fā)光二極管點亮；若要求 顯示數(shù)字“ 5”， 需要 讓 a、 f、 g、 c、 d 五個發(fā)光二極管點亮 。在 10 攝氏度到 +85 攝氏度之間的測溫誤差小于 攝氏度 。 實物測距系統(tǒng)的超聲波接收換能器和發(fā)射換能器的距離較近，當(dāng)測量的距離較近時，反射信號的幅值衰減較小，比起衍射產(chǎn)生的波的幅值小很多。該數(shù)字電位器包含三線串行 口實現(xiàn)阻值的調(diào)節(jié) ， 阻值為 50K。 因此，我們?nèi)绻岣邷y量的 精度 ，就需要對這部分產(chǎn)生衰減 的 信號作 增益補(bǔ)償 處理 。 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓 交流輸入 負(fù)載 U1 U2 U3 U4 U5 0 0 0 0 0 t