【正文】 … ........… ......... 8 超聲波的基本理論 …… ………… .……… … … .........… ........... 8 超 聲波測距系統(tǒng)原理 …………… ………………… ....................10 第三章 系統(tǒng)主要硬件設計 ……………………………… … … ......… … 12 方 案 論證與比較 ………………… ……… ………… .................... 12 單 片 機主機系統(tǒng)電路 ……………… ……… … … .................... 15 單片機電路 …………………………………… ..................... 15 復位電路 ……………………………… ..............……… … 16 時鐘電路 ………………………………… ..............…… …… 16 按鍵電路 ………………… ……………… ..............…… …… 17 蜂鳴器電路 ………………………………… ..............… … ....17 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 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)軟件設計 ……………………………… ....…………… … ..25 系統(tǒng)程序結構 ………………………………… ....………… … ...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 距離計算程序 ……………………………………… .....…… … ..35 數(shù)據(jù)轉換程序 ………………………………………… .....… … ...36 LCD 顯示程序 ………………………………………… ...…… .37 基于 Proteus 的軟件仿真 …………………………… ..… … .........42 第五章 PCB 設計 ………………………………………… ........…… … .....44 元件選擇 …………………………………………… … .....…… … 44 Altium designer 原理圖的繪制 ………………… ..……… … .… 45 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 4 元件封裝制作 …………………………………… .....……… … ...45 PCB 的電磁兼容性設計 …………………………… ..…… …… 46 布局布線 ……………………………………………… ......… … 48 制 造文件輸出 ……………………………………… .… ......… … ..51 第六章 元件采購 …………………………………………… ......… … .......52 BOM 文件導出 …………………………………… ....…… … .… 52 元件采購 …………………………………………… ......… ...… … 53 第七章 樣機制作 …………………………………………… ......… … … ..54 裝配圖 ……………………………………………… .....… … … … 54 焊接和檢查 …………………………………………… ......… … ...55 樣機圖 ………………………………………………… ......… … ...56 單片機學習板的使用 .......................................................................56 第八章 實驗分析 …………………………………………… ..……… …… .60 實驗測試 ……………………………………………… ...........… … 64 實驗數(shù)據(jù) …………………………………………… … ........… .......65 誤差分析 …………………………………………… … ........… .......66 改進 …………………………………………………… ........… .......67 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 5 第九章 總結 ……………………………………………………… … … ...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 ……………………………………………………… ..… … … 82 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 6 第 一 章 引言 單片機應用系統(tǒng)概述 單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應用計算機系統(tǒng)。 （ 2）家用電器：各種家電產品，如數(shù)字電視、機頂盒、數(shù)碼相機、 VCD、 DVD、可視電話、洗衣機、電冰箱、手機、智能玩具等。由于超聲波具有強度大，方向性好等特點，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術在工業(yè)控制、勘探測量、機器人定位和安全防范等領域得到了廣泛的應用。 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用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息， 稱為檢測超聲。 超聲波在氣體和液體中，其傳播速度 CgL =（aB?1 ） 21 式中 ? —— 介質的密度； aB —— 絕對壓縮系數(shù)。反射角、折射角與聲速 21,cc 滿足折射定律關系式：21sinsin cc??? 。當 ??? ?? 21 時， r? ??? dcos2? ；當 d 2?? 的奇數(shù)倍時，兩波相互抵消合成幅度為 0。 壓電陶瓷片具有如下特性：當在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時，就會產生“壓電效應”，使壓電陶瓷也產生機械變形，這種機械變形的大小以及方向與外加電壓的大小和方向成正。超聲波測距適用于高云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 12 精度的中長距離測量。該電路應使用雙極型 555（內部電路由普通三極管構成），不宜使用單極型 7555（內部電路由 CMOS電路構成，外部引腳與 555 相同），其原因是 7555 帶負載能力小。 3）反相端對地不提供直流通路，因此通過隔直電容 2C 提供直流通路。 (4) STC90C52RD+支持 ISP（在線編程），不需要把單片機從電路板取下來就可以擦寫程序。 復位電路 單片機在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖即可實現(xiàn)復位，上電復位和按鈕組合的復位電路如下： 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 形成一個正脈沖。在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機械抖動。這種方法的特點是無需驅動電路，但缺乏靈活性。 1 腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 6 腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 C/LSB 形式表達。 第二腳 VCC： +5V電源。 第十六腳 BLK:背光電源負極輸入端。 電源電路 電源電路采用普通可調電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設計中需要用穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805來獲得穩(wěn)定的 +5V 直流電壓， LM7805引腳排列和典型應用如下圖： 圖 LM7805引腳和典型應用 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 25 圖 LM7805內部結構圖 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 26 表 LM7805電氣參數(shù) 本設計電源電路如下： 圖 電源電路 輸入電壓（ 21V）經過 7805的穩(wěn)壓輸出 +5V 的電壓，圖中的 IN4007為保護 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，電磁兼容的實踐證明，兩個差 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，檢測溫度 { temp=wd()。 for(i=0。 //超聲波發(fā)送關閉 CSBIN=1。 //標志置為 1 count++。 _nop_()。 _nop_()。 //延時避開直達信號 } 超聲波的接收和處理 超聲波由超聲波接收頭接收，經過 CX20216檢波放大變換后送到單片機的 ，程序中通過指令： Wile(0==CSBIN)； 來查詢，接收到超聲波信號后往下面執(zhí)行，進行計算處理。 DQ = 0。寫入程序如下： /********************字節(jié)寫入函數(shù) *****************************/ void WriteOneChar(unsigned char dat)//寫一個字節(jié) { unsigned char i = 0。 dat=1。 // 給脈沖信號 if(DQ) dat |= 0x80。 //讀取溫度寄存器 a = ReadOneChar()。 uint t。 //開方運算 } 數(shù)據(jù)轉換程序 經過求的數(shù)據(jù)原碼無法直接用于顯示，必須轉換為 LCD 所接受的 BCD 碼的形式，而且在溫度補償和距離計算中沒有考慮小數(shù)點的存在，而實 際顯示必須考慮小數(shù)和有效位數(shù)，這樣就必須對數(shù)據(jù)進行取舍。 } tp*=10。 num[26]=tmp/100。 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 41 Write_Comm(0x01)。 //待顯示的結果 } if(14==a) { d=0xdf。(b29)) { d=numcode[num[b]]。 delay()。 E = 1。 //稍微延時，等待 LCD 進入工作狀態(tài) 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 44 Write_Comm(0x01)。首先在軟件中找到我們設計用的元件，然后連接好電路圖，設置好各個元件的參數(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 云南機電職業(yè)技術學院 電氣工程系 —— 電氣自動 化技術 48 Altium Designer 原理圖的繪制 （注：因為我英文屬于菜鳥級別，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，其功能強大，集成原理圖設計， PCB設計，信號完整性分析， SPICE仿真， FPGA設計等。建立之后必須和原理圖元件關聯(lián)起來。