【正文】 k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 單片機(jī) 控制器 超聲波發(fā)送 超聲波接收 LED 顯示 掃描驅(qū)動(dòng) 8 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。 （四 ） 論文完成的工作 本課題將使用 AT89S51, CX20206A 紅外接收專(zhuān)用放大電路 ， TCT4010超聲波傳感器和 數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20 設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀。用溫度去校正超聲波的傳播速度，這就是溫度補(bǔ)償。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于超聲波指向性強(qiáng) ,因而常于距離的測(cè)量。原來(lái)，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽(tīng)不見(jiàn)的“超聲波”，這種聲音沿著直線(xiàn)傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來(lái)。然而事實(shí)完全出乎他的意料。 知道人類(lèi)第一次真正“認(rèn)識(shí)到”超聲波是怎么樣的呢？這要?dú)w功于意大利科學(xué)家斯帕拉捷。我們?nèi)祟?lèi)耳朵能聽(tīng)到的聲波頻率為 20～ 20，000赫茲。整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)其它所用器件也進(jìn)行了介紹和對(duì)比。 本文論述了采用單片機(jī)技術(shù)研制成功的用超聲波測(cè)距儀的基本原理，測(cè)量計(jì)算方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方案容易。 無(wú)論從精度還是從可靠性方面，超聲波測(cè)距做得都比較好。因此在液位測(cè)量，機(jī)械手控制，車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航，物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。前幾種方法由于技術(shù)難度大，成本高，一般僅用于軍事工業(yè)，而超聲波測(cè)距由于其科研技術(shù)難度相對(duì)較低，且成本低廉，適于民用推廣。 關(guān)鍵字： 超聲波 渡越時(shí)間法 AT89S51 CX20206A TCT4010 DS18B20 II AT89S51 MCUBASED DESIGN OF ULTRASONIC RANGE FINDER Abstract： We know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the sound frequency between 20 ~ 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20200 Hz or less than 20 Hz, we can’t listen it. We have higher than 20200 Hz frequency sound waves known as Ultrasonic. The sound wave which we can listen and ultrasonic have the same essence, they are also a mechanical vibration. Their difference is that the ultrasonic have a highfrequency and a short wavelength, furthermore it is high directivity, concentrated energy, and free form light and dust, such as electromagic interference from external factors, etc. Therefore, ultrasound can be used for noncontact measurement, the use of ultrasound in the calculation of the measured objects and the transmission between the ultrasonic probe to measure the distance of the measured target without damage. This paper mainly introduces singlechip based on the AT89S51, auxiliary CX20206A infrared receiver to a dedicated amplifier and TCT4010 ultrasonic sensor designed ultrasonic range finder. Ranging general principle of the method used: transittime method TOF (time of flight) to measure objects with the sound source distance. Measuring the distance about 5m, the measurement accuracy of about . Key words： ultrasonic time of flight ultrasonicsensor AT89S51 CX20206A TCT4010 DS18B20 III 目 錄 一、引 言 ................................................................... 1 （一）課題背景 .............................................. 1 （二）課題研究目的和意義 .................................... 4 （三）研究?jī)?nèi)容以及方法原理 .................................. 4 （四）論文完成的工作 ........................................ 6 二、總體方案設(shè)計(jì) ............................................................ 6 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................ 7 （一）單片機(jī) AT89S51 的基本設(shè)計(jì) .............................. 7 （二） CX20206A 紅外接收放大模塊的設(shè)計(jì) ...................... 11 （三） TCT4010 超聲波傳感器的設(shè)計(jì) ........................... 13 （四） DS18B20 溫度傳感器的設(shè)計(jì) .............................. 15 （五） LED 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) .............................. 17 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................... 18 五、總結(jié)與未來(lái)展望 ......................................................... 20 致 謝 ...................................................................... 21 附 錄 ..................................................................... 22 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................ 32 1 基于 AT89S51 單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì) 一、引 言 （一） 課題背景 隨著工業(yè)，建筑業(yè)，農(nóng)業(yè)建設(shè)的不斷發(fā)展，距離測(cè)量頻率的不斷提高，一些在早期社會(huì)，曾被人類(lèi)廣泛應(yīng)用的米尺不在滿(mǎn)足人類(lèi)的要求，就出現(xiàn)了現(xiàn)在人類(lèi)所 應(yīng)用的間接測(cè)量工具。其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，具有方向性強(qiáng)、能量集中、不受光和電磁波以及粉塵等外界因素的干擾等優(yōu)點(diǎn)?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱(chēng)為聲音的頻率，它的單 位是赫茲。 正由于這樣，目前對(duì)于超 聲波精確測(cè)距的需求也越來(lái)越大，在機(jī)械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用。大到無(wú)邊宇宙，小到原子，或更加細(xì)微的測(cè)量區(qū)間，米尺加公式的測(cè)量時(shí)代早已不能滿(mǎn)足探索的需要，而被人們作為探測(cè)行業(yè)的基石。這就大大解決了在粉塵多情況下，給人類(lèi)引起的身體接觸傷害，腐蝕性質(zhì)的被測(cè)物對(duì)測(cè)量 儀器腐蝕，觸點(diǎn)接觸不良造成的誤測(cè)情況。它在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)。 另外，在控制方面，單片機(jī)其卓越的性能，要本設(shè)計(jì)中得到了很好的體現(xiàn)，尤其在檢測(cè)，控制領(lǐng)域中，具有以下特點(diǎn)： 小巧靈活，成本低，易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能測(cè)試，控制設(shè)備及各種智能儀器表。并且靈敏度高，可靠性強(qiáng)。在文中還詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的主要芯片（ AT89S51， CX20206A, TCT4010）的性能和特點(diǎn)。聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。這個(gè)現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么特殊本領(lǐng)在夜空中自由自在的飛行呢？ 1793 年夏天，一個(gè)晴朗的夜晚，喧騰熱鬧的城市漸漸平靜下來(lái)。他又捉來(lái)幾只蝙蝠，用油漆涂滿(mǎn)它們的全身，然而還是沒(méi)有影響到它們飛行。超 聲波就像一位無(wú)聲的功臣，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域。 （三 ） 研究?jī)?nèi)容以及方法 原理 本課題的研究，是為了利用超聲波，來(lái)測(cè)量比較有難度的距離，通過(guò)一系列原件（ AT89S51, CX20206A ,TCT4010， LED 數(shù)碼管）組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到對(duì)困難距離的測(cè)量，得到一個(gè)精確度在 以?xún)?nèi)的精確距離數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)距離的測(cè)量。 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF（ time of flight）。這導(dǎo)致了在工程應(yīng)用中的一系列問(wèn)題，如造價(jià)高，互換性差，調(diào)試不方便等。 。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。 GND： 接地。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為 輸入。作為輸入，由于外 10 部下拉為低 電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。 EA/VPP： 當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 圖 4 CX20206A 邏輯框圖 CX20206A 的主要技術(shù)特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 1. 低電壓供電，其典型值為 5V。 5kΩ。 1 7 OUT 遙控指令信號(hào)輸出端 該 端 口 為 集 電 極 開(kāi)路輸出端。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器 與接受轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同。 2. 單總線(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 圖 11 DS18B20 外觀圖 圖 12 DS18B20 引腳圖 再來(lái)看看它的引腳圖，如 上圖 12： DS18B20 有多種封裝形式，本課題使用的是常見(jiàn)的 3 長(zhǎng)針腳的封裝形式。單片機(jī)用 端口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的 40KHz 方波信號(hào)，利用外中斷 0口檢測(cè)超聲波接受電路輸出的返回信號(hào)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（ INT0 引腳出 19 現(xiàn)低電平 )，立即進(jìn)入中斷程序。超聲波測(cè)距一定是將來(lái)一種最重要的短距離測(cè)量方法，一定能在我們的更多領(lǐng)域起到不可或缺的作用。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)未雨綢繆， 提前讓我們熟悉了解了畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) ，同時(shí)下發(fā)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》予以輔導(dǎo)，這給了我們極大的鼓舞和幫助。G MOV R5,0F7H。 //data uchar display(uchar*)。 IE=0x80。 time=(time8)| TL0。 dispram[3]=(uchar) (time/10)。i++) display(dispram)。 30 testok=2。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生 姓 名 李昱舟 學(xué)生學(xué)號(hào) 2020203007 論文 題目 超聲波測(cè)距 選題背景（含國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究綜述及評(píng)價(jià)）與意義 。 超聲波作為一種檢測(cè)技術(shù)，采用的是非接觸式測(cè)量，此特點(diǎn)可使測(cè)量?jī)x器不受被測(cè)介質(zhì)的影響