【正文】 … ........… ......... 8 超聲波的基本理論 …… ………… .……… … … .........… ........... 8 超 聲波測(cè)距系統(tǒng)原理 …………… ………………… ....................10 第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì) ……………………………… … … ......… … 12 方 案 論證與比較 ………………… ……… ………… .................... 12 單 片 機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 ……………… ……… … … .................... 15 單片機(jī)電路 …………………………………… ..................... 15 復(fù)位電路 ……………………………… ..............……… … 16 時(shí)鐘電路 ………………………………… ..............…… …… 16 按鍵電路 ………………… ……………… ..............…… …… 17 蜂鳴器電路 ………………………………… ..............… … ....17 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 3 超聲波發(fā)送電路 ………………………………… ..........… … ...18 超聲波接收電路 …………………………………… ..........… … 18 溫度采集 DS18B20電路 ……………………… … ..........… …… ...20 LCD 顯示電路 …………………………………… ...........… … ...20 電源電路 …………………………………… ..… ..........…… …… .22 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ……………………………… ....…………… … ..25 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) ………………………………… ....………… … ...25 系統(tǒng)主程序 …………………………………… ....………… … ...25 40KHz 超聲波發(fā)送程序 ……………………… ..…… … … … ..29 超聲波的接收和處理 ………………………………… .....… … ...30 DS18B20 溫度采集程序 ……………… .......................................30 距離計(jì)算程序 ……………………………………… .....…… … ..35 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ………………………………………… .....… … ...36 LCD 顯示程序 ………………………………………… ...…… .37 基于 Proteus 的軟件仿真 …………………………… ..… … .........42 第五章 PCB 設(shè)計(jì) ………………………………………… ........…… … .....44 元件選擇 …………………………………………… … .....…… … 44 Altium designer 原理圖的繪制 ………………… ..……… … .… 45 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 4 元件封裝制作 …………………………………… .....……… … ...45 PCB 的電磁兼容性設(shè)計(jì) …………………………… ..…… …… 46 布局布線 ……………………………………………… ......… … 48 制 造文件輸出 ……………………………………… .… ......… … ..51 第六章 元件采購 …………………………………………… ......… … .......52 BOM 文件導(dǎo)出 …………………………………… ....…… … .… 52 元件采購 …………………………………………… ......… ...… … 53 第七章 樣機(jī)制作 …………………………………………… ......… … … ..54 裝配圖 ……………………………………………… .....… … … … 54 焊接和檢查 …………………………………………… ......… … ...55 樣機(jī)圖 ………………………………………………… ......… … ...56 單片機(jī)學(xué)習(xí)板的使用 .......................................................................56 第八章 實(shí)驗(yàn)分析 …………………………………………… ..……… …… .60 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 ……………………………………………… ...........… … 64 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) …………………………………………… … ........… .......65 誤差分析 …………………………………………… … ........… .......66 改進(jìn) …………………………………………………… ........… .......67 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 5 第九章 總結(jié) ……………………………………………………… … … ...68 致謝 ……………………………………………………………… … … 69 附 錄 ……………………………………………………………… ..… 70 A 系統(tǒng)原理圖 …………… …………………………… .....… ..… … .70 B C 源程序 ……………………………………………… .…… … 71參考文獻(xiàn) ……………………………………………………… ..… … … 82 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 6 第 一 章 引言 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)概述 單片機(jī)是一個(gè)單芯片形態(tài)、面向控制對(duì)象的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 （ 2）家用電器：各種家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)、 VCD、 DVD、可視電話、洗衣機(jī)、電冰箱、手機(jī)、智能玩具等。由于超聲波具有強(qiáng)度大，方向性好等特點(diǎn)，利用超聲波測(cè)量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測(cè)量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測(cè)量、機(jī)器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 4 系統(tǒng)軟件的編寫 1) 軟件的編寫和編譯檢查； 2) 基于 Proteus 的軟件仿真。按超聲波振動(dòng)輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息， 稱為檢測(cè)超聲。 超聲波在氣體和液體中，其傳播速度 CgL =（aB?1 ） 21 式中 ? —— 介質(zhì)的密度； aB —— 絕對(duì)壓縮系數(shù)。反射角、折射角與聲速 21,cc 滿足折射定律關(guān)系式：21sinsin cc??? 。當(dāng) ??? ?? 21 時(shí)， r? ??? dcos2? ；當(dāng) d 2?? 的奇數(shù)倍時(shí)，兩波相互抵消合成幅度為 0。 壓電陶瓷片具有如下特性：當(dāng)在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”，使壓電陶瓷也產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。超聲波測(cè)距適用于高云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 12 精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。該電路應(yīng)使用雙極型 555（內(nèi)部電路由普通三極管構(gòu)成），不宜使用單極型 7555（內(nèi)部電路由 CMOS電路構(gòu)成，外部引腳與 555 相同），其原因是 7555 帶負(fù)載能力小。 3）反相端對(duì)地不提供直流通路，因此通過隔直電容 2C 提供直流通路。 (4) STC90C52RD+支持 ISP（在線編程），不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序。 復(fù)位電路 單片機(jī)在 RESET 端加一個(gè)大于 20ms 正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如下： 在系統(tǒng)上電的瞬間， RST 與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升， RST 電位下降，于是在 RST 形成一個(gè)正脈沖。在軟件中通過軟件延時(shí)來消除按鍵的機(jī)械抖動(dòng)。這種方法的特點(diǎn)是無需驅(qū)動(dòng)電路，但缺乏靈活性。 1 腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 6 腳： 該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 C/LSB 形式表達(dá)。 第二腳 VCC： +5V電源。 第十六腳 BLK:背光電源負(fù)極輸入端。 電源電路 電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設(shè)計(jì)中需要用穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805來獲得穩(wěn)定的 +5V 直流電壓， LM7805引腳排列和典型應(yīng)用如下圖： 圖 LM7805引腳和典型應(yīng)用 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 25 圖 LM7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 26 表 LM7805電氣參數(shù) 本設(shè)計(jì)電源電路如下： 圖 電源電路 輸入電壓（ 21V）經(jīng)過 7805的穩(wěn)壓輸出 +5V 的電壓，圖中的 IN4007為保護(hù) 7805，防止電源極性接反損壞 7805，濾波電容采用 100uF 電解和 104瓷片電容并聯(lián)使用，電磁兼容的實(shí)踐證明，兩個(gè)差 100倍的電容并聯(lián)使用效果很好。i++) for(j=0。i20。 while(i)。 if(15==count) //1S 到，檢測(cè)溫度 { temp=wd()。 for(i=0。 //超聲波發(fā)送關(guān)閉 CSBIN=1。 //標(biāo)志置為 1 count++。 _nop_()。 _nop_()。 //延時(shí)避開直達(dá)信號(hào) } 超聲波的接收和處理 超聲波由超聲波接收頭接收，經(jīng)過 CX20216檢波放大變換后送到單片機(jī)的 ，程序中通過指令： Wile(0==CSBIN)； 來查詢，接收到超聲波信號(hào)后往下面執(zhí)行，進(jìn)行計(jì)算處理。 DQ = 0。寫入程序如下： /********************字節(jié)寫入函數(shù) *****************************/ void WriteOneChar(unsigned char dat)//寫一個(gè)字節(jié) { unsigned char i = 0。 dat=1。 // 給脈沖信號(hào) if(DQ) dat |= 0x80。 //讀取溫度寄存器 a = ReadOneChar()。 uint t。 //開方運(yùn)算 } 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 經(jīng)過求的數(shù)據(jù)原碼無法直接用于顯示，必須轉(zhuǎn)換為 LCD 所接受的 BCD 碼的形式，而且在溫度補(bǔ)償和距離計(jì)算中沒有考慮小數(shù)點(diǎn)的存在，而實(shí) 際顯示必須考慮小數(shù)和有效位數(shù)，這樣就必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。 } tp*=10。 num[26]=tmp/100。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 41 Write_Comm(0x01)。 //待顯示的結(jié)果 } if(14==a) { d=0xdf。(b29)) { d=numcode[num[b]]。 delay()。 E = 1。 //稍微延時(shí)，等待 LCD 進(jìn)入工作狀態(tài) 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 44 Write_Comm(0x01)。首先在軟件中找到我們?cè)O(shè)計(jì)用的元件，然后連接好電路圖，設(shè)置好各個(gè)元件的參數(shù)值，特別注意液晶顯示屏的連接需要接上拉電阻。溫度傳感器采用 DALLS 公司的 ： 圖 DALLS 的 DS18B20 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 —— 電氣自動(dòng) 化技術(shù) 48 Altium Designer 原理圖的繪制 （注：因?yàn)槲矣⑽膶儆诓锁B級(jí)別，本文中的 Altium Designer 部分，多半為網(wǎng)友的杰作） Altium Desinger6是 Protel 的最新高端版本，其功能強(qiáng)大，集成原理圖設(shè)計(jì)， PCB設(shè)計(jì)，信號(hào)完整性分析， SPICE仿真， FPGA設(shè)計(jì)等。建立之后必須和原理圖元件關(guān)聯(lián)起來。