【正文】 序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。 //tem_in 為 1 時(shí)，則該位也為 1 delay_us(4)。 k=0。 TH1=0x00。 TL0=0xf4。 } 超聲波接收（外部中斷 1）程序： void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。 圖 為超聲波發(fā)送及超聲波接收程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μ s 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T1 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器 T1 工作在方式 0。本設(shè)計(jì)采用的是電平式開(kāi)關(guān)與上電復(fù)位電路，為了能使運(yùn)行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預(yù)，強(qiáng)制系 統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，由 P2 口控制 LED 的 的四個(gè)數(shù)碼管中數(shù)碼管的選通 。 12U2A74LS0412U5A74LS0412U1A74LS0412U4A74LS0412U3A74LS04T40R1RR2RVCCp1.0 SXPI 15 超聲波檢測(cè)接受電路 超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級(jí)放大電路和鎖相環(huán)電路組成。 ⑧腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開(kāi)路的三極管，允許最大灌電流為100mA。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806 表示 輸出電壓為正 6V， lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。該種有 T/R4016， T/R4012 等（其中 T 表示發(fā)送， R 表示接收， 40 表示頻率為 40KHZ， 16 及 12 表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)）。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。 VDD3I/O2GND1U2DS18B20 T R40 超 聲波傳感器簡(jiǎn)介 超聲波傳感器的基本介紹 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 C～+125176。 XTAL1：振蕩器反相放大器的輸出端。對(duì) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 表 1 和 的第二功能 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所 SXPI 8 單片機(jī)發(fā)出 40kHZ 的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)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，用比較電路進(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，用溫度測(cè)量電路測(cè)量當(dāng)時(shí)的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量精度能夠達(dá)到要求。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。例如當(dāng)溫度 0℃時(shí)超聲波速度是 332m/s, 30℃時(shí)是 350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為 18m/s。 已知超聲波速度與溫度的關(guān)系如下： 式中： r — 氣體定壓熱容與定容 熱容的比值，對(duì)空氣為 ， R — 氣體普適常量， 178。通過(guò)分析超聲波測(cè)距誤差產(chǎn)生的原因，提高測(cè)量時(shí)間差到微秒級(jí)，以及用 LM92 溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后，我們?cè)O(shè)計(jì)的高精度超聲波測(cè)距儀能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，超聲波在空氣中的 SXPI 6 傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 S，即： S=340t/2，聲速確定后，要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離，這就是超聲波測(cè)距的基本原理。此外超聲波的液體處理和凈化可應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中，例如超聲波水處理、燃油乳化、大氣除塵等。 超聲波的應(yīng)用 超聲波在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應(yīng)用。 聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所以， 8051 是雙 CPU 的單片機(jī)。 課題的研究意義 超聲波測(cè)距是一種極有潛力的方法，近距范圍內(nèi)超聲測(cè)距有其不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。利用超聲波檢測(cè)往往 比較迅速、方便，且計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，在測(cè)量精度方面也能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 近年來(lái)，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波精確測(cè)量已成可能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過(guò)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。 21 SXPI 3 5 總結(jié) 14 超聲波檢測(cè)接受電路 13 超聲波發(fā)射器電路 1 1 緒論 8 單片機(jī)的功能 8 主要性能參數(shù) 9 AT89C52 的管腳說(shuō)明 12 LM7805 穩(wěn)壓集成電路 12 LM7805 實(shí)際應(yīng)用各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn) 超聲波測(cè)距儀 的各種功能。 從技術(shù)上看，超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì) 70 年代已經(jīng)實(shí)用化，從 70 年代末期開(kāi)始廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。它主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、測(cè)距儀、物位測(cè)量?jī)x、移動(dòng)機(jī)器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等，例如：距離、液位、井深、管道長(zhǎng)度、流速等場(chǎng)合。總體上講，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。 本課題設(shè)計(jì)為基于超聲波的測(cè)距。尤其值得一提的是，出 8 位 CPU外，還具備一個(gè)很強(qiáng)的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的位微計(jì)算機(jī)，即包含完整的位 CPU，位 RAM、 ROM（ EPROM），位尋址寄存器、 I/O 口和指令集。 超聲波是聲波大家族中的一員。 超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介（如 B超等用作診斷）；超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，它就可以通過(guò)與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu) 。在農(nóng)業(yè)中，可以用超聲波對(duì)有機(jī)體細(xì)胞的殺傷的特性來(lái)進(jìn)行消毒滅菌，對(duì)作物種子進(jìn)行超聲波處理，有利于種子發(fā)芽和作物增產(chǎn) 。 超聲波測(cè)距的原理 及誤差分析 .1 超聲波測(cè)距的原理 超聲波測(cè)距原理：超聲波發(fā)射器在 MCU 控制下由 B1 向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙 物立即返回來(lái)，測(cè)距系統(tǒng)在 B2 接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。在精密的液位測(cè)量中需要達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，但是目前國(guó)內(nèi)的超聲波測(cè)距專用集成電路都是只 有厘米級(jí)的測(cè)量精度。 2）超聲波傳播速度誤差 超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。 對(duì)于超聲波測(cè)距精度要求達(dá)到 1mm 時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。 限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、放大電路、比較震蕩電路、單片機(jī)電路、鍵盤(pán)輸入電路、電源電路、復(fù)位電路、顯示電路、溫度測(cè)量電路及溫度補(bǔ)償電路等幾部分模塊組成。同時(shí)， AT89c52 可降至 OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 IIL 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ) , 參見(jiàn)表 1 FLASH 編程和程序校驗(yàn)期間， Pl 接收低 8位地址。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端． 178。 DS18B20 支持“一線總線”接口（ 1Wire），測(cè)量溫度范圍為 55176。 ℃； 6) 無(wú)需外部元件，獨(dú)特的一線接口，電源和信號(hào)復(fù)合在一起； 7) 每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。這類傳感器適用于測(cè)距、遙控、防盜等用途。 LM7805 端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 介紹 用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。 ⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率 f2， f2≈1/。上位電阻 R R2 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。 Lfil2IN3V+4OUT8END7Ct6Rt5Ofil1U0LM5673 214 11U2ALM3243 214 11U1ALM324R40R1R21MR322KR41MR51MC1680PC31ufC4C21ufR?RES4VCCp3.3 顯示電路 顯示電路如圖 ，四位 LED組 成動(dòng)態(tài)掃描電路，由 AT89C51 的 P0口輸出要顯示的數(shù)值對(duì)應(yīng)的 8 位二進(jìn)制數(shù)碼（數(shù)碼管顯示值“ 1” =P0 口輸出“ 11111001”） 。所謂復(fù)位，就是強(qiáng)制單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T1 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并 將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 0 表示此次測(cè)距不成功。 TL0=0xf4。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 i=8。 if(tem_in)k |= 0x80。 } 主程序流程 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤(pán)只設(shè)置了 3 個(gè)按鍵，用于開(kāi)始測(cè)量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。 //溫度值變量 float temnum。 while(count) { i=38。k++) 。 while(i0)i。 delay_us(1)。 } /////////////////////////////////////////////////////////////// void tmpwrite(unsigned char dat) //函數(shù)功能 :向 B20 寫(xiě)一字節(jié) { unsigned int i。 if(testb) SXPI 25 { tem_in=0。while(i0)i。 //轉(zhuǎn)換命令 } //////////////////////////////////////////////////////////// void tmp(void) //溫度采集及轉(zhuǎn)換 {