【正文】 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究，也能推動(dòng)與其相關(guān)的各行各業(yè)的發(fā)展，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)代化的發(fā)展有很大的促動(dòng)作用。而且，傳送速率也不超過(guò)20Kbps。還有，基于超聲波衍射作用而對(duì)反射波造成的幅值的不同，專(zhuān)們?cè)O(shè)計(jì)了雙比較器來(lái)對(duì)不同距離的發(fā)射波進(jìn)行不同處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們觀察到，反射波的信號(hào)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(dá)的峰值時(shí)間和反射波前沿到達(dá)的時(shí)間差不會(huì)因?yàn)閭鞑ラL(zhǎng)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(jì)算機(jī)到單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程為：計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口傳到MAX202芯片的R1I口，接著MAX202將信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可接收的信號(hào)，通過(guò)R1O口輸出，再經(jīng)過(guò)一個(gè)光電耦合器，然后進(jìn)入單片機(jī)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(shí)傳輸過(guò)去。動(dòng)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(dòng)態(tài)掃描顯示?！囟妊a(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)由第二章中表22 聲速與溫度關(guān)系可以看出溫度會(huì)造成超聲波測(cè)距的精度降低。該電路主要通過(guò)數(shù)字電位器變化主化阻值來(lái)達(dá)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(jì)中選用4069非門(mén)組成，當(dāng)輸入口輸入的信號(hào)為高時(shí)，經(jīng)過(guò)反相器變?yōu)榈碗娖?；?dāng)輸入口輸入信號(hào)為低時(shí)，經(jīng)過(guò)反相器后變?yōu)楦唠娖剑@樣就實(shí)現(xiàn)了振蕩的信號(hào)，以此來(lái)對(duì)發(fā)射探頭進(jìn)行控制。因此該測(cè)距系統(tǒng)選用該頻率作為傳感器的工作頻率。經(jīng)過(guò)研究，選用AT89C52單片機(jī)作為電路的主控芯片，AT89C52是Atmel公司的一個(gè)經(jīng)典的MCU，它有著低電壓的特點(diǎn)?！〕暡y(cè)距系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的具體方式有多種，可以采取檢測(cè)相位的方式，也可以采取檢測(cè)幅值的方式，最普遍的度量時(shí)間的方式。　超聲波與傳播介質(zhì)的關(guān)系當(dāng)超聲波在通過(guò)幾種不同的媒介時(shí),在這兩個(gè)介質(zhì)交界的地方會(huì)發(fā)生折射和反射兩種現(xiàn)象。而且不斷加入各個(gè)其他的領(lǐng)域的知識(shí)，結(jié)合了人類(lèi)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(lái)說(shuō)，紅外線是超聲波的八十多萬(wàn)倍。這其中，激光的測(cè)量精度較高，但其有個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是極易受到周?chē)h(huán)境的影響，而且激光測(cè)距系統(tǒng)后期的檢測(cè)和維護(hù)成本較高，所以會(huì)產(chǎn)生較高的費(fèi)用，很難推廣到日常生活和工作中去，一般用于高端專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，如軍事類(lèi)。就是在液體的實(shí)驗(yàn)槽里進(jìn)行穿透測(cè)試，并記錄了穿過(guò)實(shí)驗(yàn)物的超聲能量。一個(gè)高精度的超聲波測(cè)距系統(tǒng)不僅能準(zhǔn)確的引導(dǎo)機(jī)器人的行動(dòng)，而且還能迅速的反饋周?chē)沫h(huán)境狀況，為機(jī)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(huì)被反彈回來(lái)。超聲波傳感器的種類(lèi)多樣化，可分為壓電、電磁、磁滯、電動(dòng)等幾類(lèi)。３　硬件設(shè)計(jì)　硬件的選型　主控單片機(jī)的選型本系統(tǒng)中，單片機(jī)主要用于控制超聲波的發(fā)射和接收，與此同時(shí)，還要進(jìn)行準(zhǔn)確的時(shí)間的記錄，也就是說(shuō)需要在發(fā)送的同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并且在接收到回波的時(shí)候立刻停止計(jì)時(shí)并將時(shí)間長(zhǎng)度值返回，用于計(jì)算目標(biāo)距離。被發(fā)出的超聲波向空中各個(gè)方向不斷傳播，碰到物體后就立刻被反射回來(lái)。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(hào)，盲區(qū)也就變小了。近距離比較器用來(lái)處理3 cm50cm的距離的反射波，遠(yuǎn)距離比較器用來(lái)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(lái)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(jì)計(jì)算機(jī)的功能比單片機(jī)更完善，單片機(jī)的計(jì)算能力受到硬件限制，很難完成復(fù)雜計(jì)算和數(shù)據(jù)的處理。該電路支持遠(yuǎn)距離通信和多個(gè)計(jì)算機(jī)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(bǔ)償程序流程圖否圖42 溫度補(bǔ)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(dāng)系統(tǒng)主程序最終計(jì)算出距離后，將所得的這個(gè)距離以BCD編碼的形式傳遞給LED，然后再由74LS245鎖存器驅(qū)動(dòng)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(lái)處理信號(hào)并不能準(zhǔn)確地判斷反射波前沿到達(dá)的確切時(shí)間。且在3厘米到4米的量程下，能保證系統(tǒng)正常使用，達(dá)到高精度測(cè)距的目的。另外，就通信電路來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)提供的輸出接口是RS232。我們也知道，我國(guó)大多數(shù)的高精度測(cè)距儀器都需要靠國(guó)外進(jìn)口，作為一個(gè)工業(yè)大國(guó)，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(dá)程度。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我通過(guò)圖書(shū)館和Internet查閱了相關(guān)的資料，并且和同學(xué)互相學(xué)習(xí)和自學(xué)，不懂的地方就像老師請(qǐng)教，經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的努力，終于克服困難完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。它的抗干擾力也不強(qiáng)，RS232是通過(guò)單端輸入輸出來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，傳輸時(shí)會(huì)有干擾和噪聲。同時(shí)為了補(bǔ)償因?yàn)榫嚯x推移造成的反射波幅值的降低，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了時(shí)間增益補(bǔ)償電路(TGC)，時(shí)間增益補(bǔ)償電路在發(fā)射方波的同時(shí)開(kāi)始工作，工作過(guò)程是根據(jù)事先寫(xiě)入Flash中的增益表，逐漸提高接入放大器的阻值，實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，增益表有事先的試驗(yàn)獲取。經(jīng)過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道方波信號(hào)的占空比會(huì)有一個(gè)上升到一個(gè)峰值然后下降的過(guò)程，相應(yīng)的占空比最大的那一刻就是峰值點(diǎn)所在的區(qū)間，而此區(qū)間的正中間就是峰值時(shí)間點(diǎn)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(hào)。串行通信的優(yōu)點(diǎn)：用到的傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送也只用一條線，與并行通信比起來(lái)便宜很多。結(jié)合實(shí)際考慮，本設(shè)計(jì)中選用了動(dòng)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(shí)驗(yàn)獲得的與距離對(duì)應(yīng)的放大增益換算而成，并將此位置參數(shù)寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器中。然后，為了使反射回來(lái)的超聲波更加穩(wěn)定，需要設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)間增益補(bǔ)償處理。DS18B20是電子元器件中最早的一個(gè)支持“一跟總線”的有三個(gè)接口的測(cè)量和傳遞溫度的傳感器，該優(yōu)點(diǎn)可以靈活組建電路，而且更加經(jīng)濟(jì)，占用的體積更小。AT89C52芯片擁有40個(gè)引腳，充足的32個(gè)可編程雙向I/O口，在該超聲波測(cè)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(jī)連接起來(lái)，還有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。該測(cè)距的原理可簡(jiǎn)單的表示為圖22所示： 圖22 超聲波測(cè)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(shuō)明：首先,系統(tǒng)初始化完成后，測(cè)溫電路開(kāi)始工作，DS18B20芯片開(kāi)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(jī)。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(dòng)頻率。 ２　超聲波測(cè)距原理和方案　超聲波測(cè)距的基本理論　超聲波簡(jiǎn)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(wú)損檢測(cè)中發(fā)揮出無(wú)與倫比的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波測(cè)距技術(shù)在汽車(chē)制作，國(guó)防安全，工業(yè)制造及日常生活中都隨處可見(jiàn)。例如：建筑施工測(cè)量，智能機(jī)器人，汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)，油箱液位測(cè)量等。而后，超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域的研究也在逐漸擴(kuò)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(lái)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(cè)距之所以有誤差，是由于對(duì)回波的脈沖檢驗(yàn)方式有問(wèn)題。雖然如此，但其本質(zhì)還是聲波，因此能滿(mǎn)足聲波的各種特性，也就是說(shuō)，聲波的規(guī)律對(duì)于超聲波也完全適用。溫度變高后，一般情況下速度也會(huì)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(jī)收到回波信號(hào)后立即經(jīng)行中斷處理，獲取時(shí)間差值，即可計(jì)算出測(cè)量的最后結(jié)果。收到的超聲波被接收器進(jìn)行一定的處理，將聲音和電這兩種能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后使得接收到的信號(hào)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)。此外，RESET用于接復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)需要復(fù)位時(shí)按下開(kāi)關(guān)S1，外部復(fù)位電路產(chǎn)生2機(jī)周以上的高電平，是單片機(jī)完成復(fù)位。因此，我們?nèi)绻岣邷y(cè)量的精度，就需要對(duì)這部分產(chǎn)生衰減的信號(hào)作增益補(bǔ)償處理。這是一中無(wú)法避免的誤差源，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)雙比較器整形電路，用于比較兩段不同遠(yuǎn)近的回波信號(hào)。顧名思義，所謂共陽(yáng)極七段數(shù)碼管意思就是將所有發(fā)光二極管的額陽(yáng)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(fù)極連在一起，由于單片機(jī)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(jì)中采用了共陽(yáng)極的數(shù)碼管，將所用到的4個(gè)七段數(shù)碼管的陽(yáng)極并接到一起。DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸，即芯片為接收的作用。通信距離在二十米以?xún)?nèi)。uchar temp。本設(shè)計(jì)在程序部分用的方式是查表法，預(yù)先將不同溫度下對(duì)應(yīng)的聲速通過(guò)公式（26）計(jì)算出來(lái)，并做成聲速/數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表。0x01。