【正文】 系統(tǒng)軟件編制時(shí)考慮相關(guān)硬件的連線，同時(shí)還要進(jìn)行存儲空間、寄存器以及定時(shí)器和外部中斷引腳的分配和使用。此種形式的溫度測量結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量精度易受原器件參數(shù)影響。 DisplayOneChar(3, 1, ASCII[disbuff[2]])。 i=ReadTemperature()。 _nop_()。 超聲波發(fā)生子程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送一個(gè) 10us 以上的脈沖觸發(fā)信號。 //延時(shí) DisplayListChar(0, 1, Cls)。子程序完成單方向超聲波 的發(fā)射，計(jì)算測量距離，溫度測量以及溫度距離的顯示。通過開關(guān) SW1 控制總系統(tǒng)供電從而方便下載，發(fā)光二級管 D1 用來指示系統(tǒng)是否得電。 [10] 圖 與單片機(jī)連接圖 1602 顯示單元 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 顯示質(zhì)量高 ： 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣 T0、 T1 引腳電平。當(dāng) STC89C52RC 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)， SEN 在每個(gè)機(jī)器周 期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí) SEN 將不被激活。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如 執(zhí)行“ MOVX R1”指令）時(shí)， P2 口引腳上 的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū) 中的 P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會改變。即定時(shí)器 T0、 T T2； 外部中斷 4 路 ,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ； 通用異步串行口（ UART） ,還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） 。 本測距系統(tǒng)采用超聲波渡越時(shí)間檢測法。 [6] 提高測距儀性能的若干措施 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 聲速校正 要想通過測量超聲波傳播時(shí)間確定距離，聲速 c 必須恒定，實(shí)際上聲速隨 溫度 、介質(zhì)、壓力的 變化而變化。距離過遠(yuǎn)時(shí)，接收到的信號太弱，以致無法從噪聲信號中分辨出來，這是遠(yuǎn)限存在的原因 。超聲波傳感器的指向圖是由一個(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成，其物理意義是 Ф=0聲壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。 正壓電效應(yīng)是指當(dāng)對某介質(zhì)施加應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生的變形將引起內(nèi)部電荷中心發(fā)生相對移位 而產(chǎn)生極化，在介質(zhì)兩端面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應(yīng)力 大小 成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。 超聲波在兩種介質(zhì)的界面上的 透 射能量和 反 射能量的變化，取決于這兩種介質(zhì)的聲阻抗之比。頻率高于人類聽覺上限頻率 (約20200Hz)的聲波，稱為超聲波，或稱超聲。 準(zhǔn)確度方面已控制在測量 距離 的 %左右， 與真值的差距在厘米級的范圍內(nèi)，若采用互相關(guān)或偽隨機(jī)法，最高可控制在 內(nèi)，在提高精確度方面，超聲波測距還有很大的發(fā)展?jié)摿蜕仙臻g [3]。具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長壽命等特點(diǎn)。 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于單片機(jī)的超聲波測距儀設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動化 092 學(xué) 號： 203090240 學(xué)生姓名： 曹松青 指導(dǎo)教師： 邵祥兵 起迄日期： ～ 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程中心 4 棟 Graduation Design (Thesis) Design of ultrasonic range finder based on the MCU By Cao song qing Supervised by Shao xiang bing School of Automation Nanjing Institute of Technology June, 2020南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗 少 ，傳播 距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以在利用傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限 高料位測量、車輛自動導(dǎo)航、物體識別與定位、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)乃至地形地貌探測等許多領(lǐng)域中。 為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測出物體之間的距離的目的，設(shè)計(jì) 了一個(gè)超聲波測距的方案。超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣燃唇橘|(zhì)的聲速。聲阻抗 的 定義為 聲速 c 與 傳聲介質(zhì)的密度 ρ 的乘積，用 Z 表示。利用正壓電效應(yīng) 可 將機(jī)械能 (即聲能 )轉(zhuǎn)換成電能，并用來接受超聲波的裝置，稱為接收換能器。超聲波傳感器的指向角一般為 40 度～ 80 度。在距離過近時(shí)，接收信號將落進(jìn)盲區(qū)中而無法分辨出來，這是近限 存在的原因。一般情況下，由于大氣壓力變化很小，因此傳播速度主要考慮溫度的影響。其原理為：檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間 t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離 l。 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式： 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序 ； 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗 ； 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P2 也接收高位地址和一些控制信號 ； P3 端口（ ～ ， 10～ 17 引腳） ： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 A/VPP（ 31 引腳） 訪問外部程序存儲器控制信號。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加 1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1 期間裝入計(jì)數(shù)器。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 圖 系統(tǒng)供電電路圖 下載電路通過 PL2303 完成。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，初始化 1602 屏。 while(1) { TMOD=0x01。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。 _nop_()。 /*讀取當(dāng)前溫度 */ Delay400Ms()。 DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12])。 DS18B20 是 Dallas 公司開發(fā)的 1wire（單總線）高精度數(shù)字式半導(dǎo)體溫度傳感器，它具有節(jié)省 I/O 口弦資源，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，精度高，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多特點(diǎn)。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)傳輸，硬件結(jié)構(gòu)如下圖 : 圖 溫度采集電路 溫度采 集 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、 T1 中斷服務(wù)程序、 INT0外部中斷服務(wù)程序、溫度測量子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、延時(shí)子程序等。 [17] 溫度補(bǔ)償及其原理 : 目前，大多數(shù)溫度測控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度測量時(shí)，通常采用模擬式溫度敏感元件，如熱電阻、熱電偶、紅外測溫儀等 ，將溫度轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大電路放大到合適的范圍，再由 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(2, 1, ASCII[disbuff[1]])。 TL0=0。 _nop_()。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C 語言編寫。 TempCyc++) Delay400Ms()。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收。 電腦輸出電壓通過電容濾波穩(wěn)壓后得到更穩(wěn)定的電壓輸出。華氏器件 67℉～ +257℉，以 ℉遞增 ； 溫度以 9 位數(shù)字量讀出 ； 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms； 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 ； 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度 的器件 ； 應(yīng)用包括溫度控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)品溫度計(jì)或任何熱感測系統(tǒng)。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由 T0 或 T1 引腳輸入到計(jì)數(shù)器。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效 ； 外部程序存儲器 選通信號（ SEN）是外部程序存儲器選 SEN（ 29 引腳）通信號。 在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“ MOVX DPTR”指令）時(shí)， P2 送出高 8 位地址。 主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） ； 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz； 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) ； 片上集成 512 字節(jié) RAM； 通用 I/O 口 (32 個(gè) )復(fù)位后為 :P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 ,P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻 ； ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在 應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 ； 具有 EEPROM 功能 ； 具有看門狗功能 ； 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有 限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。 所以，在本實(shí)驗(yàn)中，我們選取了雙 探頭的工作方式，減小盲區(qū)，同時(shí)提高檢測的距離精度。 超聲波測量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限 用往返時(shí)間檢測法測量距離時(shí)，障礙物與超聲波傳感器間的距離既 不能太遠(yuǎn)也不能太近，存在著距離測量的近限和遠(yuǎn)限。下圖 就是 超聲波傳感器的指向圖。將適當(dāng)?shù)慕蛔冸娦盘柺┘拥骄w上，晶 體將發(fā)生交替的壓縮和拉伸，因而產(chǎn)生振動，振動頻率與交變電壓的頻率相同，若把晶體藕 合到彈性介質(zhì)中，晶體將充當(dāng)一個(gè)超聲源的作用，超聲波將被輻射到相應(yīng) 介質(zhì)中。當(dāng)波在界面處生折射時(shí)， 折射角的正弦 與入射角的正弦 之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速與折射波在第二介質(zhì)中的波速之比。當(dāng)聲 波 的頻率高到超過人耳的頻率極限時(shí)，人們就覺察不出聲 音的存在，我們 將 這種高頻率的聲 波稱 為超聲 波 。目前已研制的超聲波測距儀中，量程一般為 3cm12m，美國 AIRMAR 公司生產(chǎn)的 airducer AR30 超聲波傳感器的作用距離可達(dá) 30m，但價(jià)格昂貴 。 對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾等惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。它廣泛應(yīng)用于建筑施工 、 防盜 、 倒車 、 水位測量以及一些工業(yè)現(xiàn)場?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度 的 在線標(biāo)定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進(jìn)行差值設(shè)定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。超聲波測距通過發(fā)出超聲波并接收反射回來的回波，并通過單片機(jī)的計(jì)算就可以知道物體的距離。它是一秒鐘超聲波等相位面通過的距離，與介 質(zhì)的彈性性質(zhì) 和 密度 有關(guān)。它是 不同 介質(zhì)固有的一個(gè)常數(shù)，它的數(shù)值對超聲波在介質(zhì)中的傳播非常重要，單位為瑞利 (rayl)。 頻率特性 圖 是超 聲波的頻率特性曲線。 [5] 圖 超聲波傳感器指向特性圖 超聲波測距 超聲測距的方法 超聲波測距的方法有多種，如 聲波幅值檢測法 、相位檢測法 和往返時(shí)間檢測法等。 使用 單 個(gè)探頭同時(shí)充當(dāng)發(fā)射 器 和接收 器的情況下，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強(qiáng)達(dá)幾十伏，雖然發(fā)射信號只維持一個(gè)很短的時(shí)間，但 施加發(fā)射信號 停止后，探頭上還有 一定的余 振，因此在一段較長的時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值還是很 強(qiáng)的，可以達(dá)到限幅電路，引起探頭振動， 導(dǎo)致不能進(jìn)行正確的測量。對一定介質(zhì)，通常采用對溫度進(jìn)行修正的方法，可以測得比較準(zhǔn)確的距離。設(shè) l 為測量距離， t 為往返時(shí)間差，超聲波的傳播速度為 c，則有 l=ct/2。 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。 P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， A 必須接 GND。由于檢測一個(gè)從 1 到 0 的下降沿需要 2 個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。 數(shù)字式接口 ： 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，