【正文】 超聲波測距系統(tǒng)的研究，也能推動與其相關(guān)的各行各業(yè)的發(fā)展，對于實現(xiàn)我國現(xiàn)代化的發(fā)展有很大的促動作用。而且，傳送速率也不超過20Kbps。還有，基于超聲波衍射作用而對反射波造成的幅值的不同，專們設(shè)計了雙比較器來對不同距離的發(fā)射波進行不同處理。通過實驗我們觀察到，反射波的信號有一定的規(guī)律可循，具體表現(xiàn)為波形大致相同，振幅有所差異，反射波到達的峰值時間和反射波前沿到達的時間差不會因為傳播長度而改變。}else{ P1=discoed[disbuff[posit]]。c=c/150。 b=read_byte()。 for(i=0。DQ=0。unsigned char const discoed[]={0xc0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xBF,0xff}。計算機到單片機的數(shù)據(jù)傳輸過程為：計算機的數(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，然后進入單片機的RXD口。并行通信就是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的每一位用不同的數(shù)據(jù)線同時傳輸過去。動態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端并聯(lián)在一起，具體用到的那位數(shù)碼管的選擇是由位選線控制的，采用動態(tài)掃描顯示?！囟妊a償電路的設(shè)計由第二章中表22 聲速與溫度關(guān)系可以看出溫度會造成超聲波測距的精度降低。該電路主要通過數(shù)字電位器變化主化阻值來達到目的。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，當輸入口輸入的信號為高時，經(jīng)過反相器變?yōu)榈碗娖?；當輸入口輸入信號為低時，經(jīng)過反相器后變?yōu)楦唠娖剑@樣就實現(xiàn)了振蕩的信號，以此來對發(fā)射探頭進行控制。因此該測距系統(tǒng)選用該頻率作為傳感器的工作頻率。經(jīng)過研究，選用AT89C52單片機作為電路的主控芯片，AT89C52是Atmel公司的一個經(jīng)典的MCU，它有著低電壓的特點。　超聲波測距系統(tǒng)總體設(shè)計超聲波測距的具體方式有多種，可以采取檢測相位的方式，也可以采取檢測幅值的方式，最普遍的度量時間的方式?！〕暡ㄅc傳播介質(zhì)的關(guān)系當超聲波在通過幾種不同的媒介時,在這兩個介質(zhì)交界的地方會發(fā)生折射和反射兩種現(xiàn)象。而且不斷加入各個其他的領(lǐng)域的知識，結(jié)合了人類智慧的結(jié)晶。這是早期的比較系統(tǒng)的資料之一，一直被奉為經(jīng)典。另外，紅外線傳播速度為3108米/秒，速度之快，相較于超聲波在普通情況下的速度來說，紅外線是超聲波的八十多萬倍。這其中，激光的測量精度較高，但其有個很大的缺點，就是極易受到周圍環(huán)境的影響，而且激光測距系統(tǒng)后期的檢測和維護成本較高，所以會產(chǎn)生較高的費用，很難推廣到日常生活和工作中去，一般用于高端專業(yè)領(lǐng)域，如軍事類。就是在液體的實驗槽里進行穿透測試，并記錄了穿過實驗物的超聲能量。一個高精度的超聲波測距系統(tǒng)不僅能準確的引導(dǎo)機器人的行動，而且還能迅速的反饋周圍的環(huán)境狀況，為機器人完成各種復(fù)雜工作提供必要的輔助。其次，遇到障礙后一部分聲波會被反彈回來。超聲波傳感器的種類多樣化，可分為壓電、電磁、磁滯、電動等幾類。３　硬件設(shè)計　硬件的選型　主控單片機的選型本系統(tǒng)中，單片機主要用于控制超聲波的發(fā)射和接收，與此同時，還要進行準確的時間的記錄，也就是說需要在發(fā)送的同時啟動計時器，并且在接收到回波的時候立刻停止計時并將時間長度值返回，用于計算目標距離。被發(fā)出的超聲波向空中各個方向不斷傳播，碰到物體后就立刻被反射回來。右邊電容是5V電源的濾波電容直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖38所示：t用這樣的方法就能夠辨別出近處的信號，盲區(qū)也就變小了。近距離比較器用來處理3 cm50cm的距離的反射波，遠距離比較器用來處理50cm4 m的距離的反射波。靜態(tài)顯示要求數(shù)碼管的所有段選端都要接上8位的數(shù)據(jù)線，以此來顯示的字形碼。具體電路如圖318所示：圖318 顯示電路原理圖　通訊電路的設(shè)計計算機的功能比單片機更完善，單片機的計算能力受到硬件限制，很難完成復(fù)雜計算和數(shù)據(jù)的處理。該電路支持遠距離通信和多個計算機直接的通訊，屬于半雙工型，并且不需要外界電源就可工作。unsigned long S=0。圖42 溫度補償程序流程圖否圖42 溫度補償程序流程圖具體程序如下：void init_DS18B20() //DS18B20初始化函數(shù){ uchar n。dat1。 write_byte(0xcc)。TH0=0。當系統(tǒng)主程序最終計算出距離后，將所得的這個距離以BCD編碼的形式傳遞給LED，然后再由74LS245鎖存器驅(qū)動8段數(shù)碼管顯示結(jié)果。根據(jù)以上結(jié)論，我們只是采用普通的比較器來處理信號并不能準確地判斷反射波前沿到達的確切時間。且在3厘米到4米的量程下，能保證系統(tǒng)正常使用，達到高精度測距的目的。另外，就通信電路來說，本設(shè)計提供的輸出接口是RS232。我們也知道，我國大多數(shù)的高精度測距儀器都需要靠國外進口，作為一個工業(yè)大國，我們需要用到大量的儀器設(shè)備，而儀器的精度在很大程度上也決定著工業(yè)的發(fā)達程度。這次的畢業(yè)設(shè)計，我通過圖書館和Internet查閱了相關(guān)的資料，并且和同學互相學習和自學，不懂的地方就像老師請教，經(jīng)過2個多月的努力，終于克服困難完成了自己的畢業(yè)設(shè)計。它的抗干擾力也不強，RS232是通過單端輸入輸出來進行電平轉(zhuǎn)換的，傳輸時會有干擾和噪聲。同時為了補償因為距離推移造成的反射波幅值的降低，專門設(shè)計了時間增益補償電路(TGC)，時間增益補償電路在發(fā)射方波的同時開始工作，工作過程是根據(jù)事先寫入Flash中的增益表，逐漸提高接入放大器的阻值，實現(xiàn)電路的實時補償，增益表有事先的試驗獲取。經(jīng)過理論知識的學習，我們知道方波信號的占空比會有一個上升到一個峰值然后下降的過程，相應(yīng)的占空比最大的那一刻就是峰值點所在的區(qū)間，而此區(qū)間的正中間就是峰值時間點的所在。delay1(5)。 flag=0。0xf0)4。 value=1。dealy(8)。void init_DS18B20(void)。接著產(chǎn)生40kHz的超聲波信號。串行通信的優(yōu)點：用到的傳輸線少，長距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來便宜很多。結(jié)合實際考慮，本設(shè)計中選用了動態(tài)顯示的方式。在10攝氏度到+。數(shù)字電位器的抽頭位置由實驗獲得的與距離對應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫入程序存儲器中。然后，為了使反射回來的超聲波更加穩(wěn)定，需要設(shè)計一個時間增益補償處理。DS18B20是電子元器件中最早的一個支持“一跟總線”的有三個接口的測量和傳遞溫度的傳感器，該優(yōu)點可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟，占用的體積更小。AT89C52芯片擁有40個引腳，充足的32個可編程雙向I/O口，在該超聲波測距系統(tǒng)中，這樣多的雙向I/O口可以使所有需要的外設(shè)電路方便的與單片機連接起來，還有3個16位定時/計數(shù)器。該測距的原理可簡單的表示為圖22所示： 圖22 超聲波測距原理圖系統(tǒng)框圖如圖23所示：雙比較器整形電路圖23 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作總流程說明：首先,系統(tǒng)初始化完成后，測溫電路開始工作，DS18B20芯片開始采集環(huán)境溫度并將最后采集到的數(shù)據(jù)送入單片機。且有如下關(guān)系： （23）上式中a代表介質(zhì)常數(shù)，f代表振動頻率。 ２　超聲波測距原理和方案　超聲波測距的基本理論　超聲波簡介所謂超聲波，跟普通聲波的區(qū)別是頻率范圍不同。根據(jù)此研究基礎(chǔ)，衍生出大量超聲波儀器，目前，超聲波在無損檢測中發(fā)揮出無與倫比的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波測距技術(shù)在汽車制作，國防安全，工業(yè)制造及日常生活中都隨處可見。例如：建筑施工測量，智能機器人，汽車倒車雷達，油箱液位測量等。而后，超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域的研究也在逐漸擴大，到了1928年，Sokolve首先提出了關(guān)于超聲波探傷的研究，即利用超聲波的特性來檢查金屬器件是否存在裂痕或者缺損。根據(jù)他的結(jié)論，測距之所以有誤差，是由于對回波的脈沖檢驗方式有問題。雖然如此，但其本質(zhì)還是聲波，因此能滿足聲波的各種特性，也就是說，聲波的規(guī)律對于超聲波也完全適用。溫度變高后，一般情況下速度也會加快，這兩者間的關(guān)系如表22所示：表22 聲速與溫度關(guān)系溫度（℃）3020100102030100波速（m/s）313319325323338344349386用公式可表示為： （26）其中，T代表溫度。單片機收到回波信號后立即經(jīng)行中斷處理，獲取時間差值，即可計算出測量的最后結(jié)果。收到的超聲波被接收器進行一定的處理，將聲音和電這兩種能量進行轉(zhuǎn)換，最后使得接收到的信號變?yōu)殡娒}沖信號。此外，RESET用于接復(fù)位電路，當單片機需要復(fù)位時按下開關(guān)S1，外部復(fù)位電路產(chǎn)生2機周以上的高電平，是單片機完成復(fù)位。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償處理。這是一中無法避免的誤差源，因此需要設(shè)計一個雙比較器整形電路，用于比較兩段不同遠近的回波信號。顧名思義，所謂共陽極七段數(shù)碼管意思就是將所有發(fā)光二極管的額陽極連在一體，而共陰極七段數(shù)碼管的意思就是將所有發(fā)光二極管的負極連在一起，由于單片機的輸出口不能夠提供足夠的電壓使二極管發(fā)光，所以在本設(shè)計中采用了共陽極的數(shù)碼管，將所用到的4個七段數(shù)碼管的陽極并接到一起。DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸，即芯片為接收的作用。通信距離在二十米以內(nèi)。uchar temp。本設(shè)計在程序部分用的方式是查表法，預(yù)先將不同溫度下對應(yīng)的聲速通過公式（26）計算出來，并做成聲速/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系表。0x01。