【正文】 器計(jì)數(shù) 范圍 為 1 至 65536。 定時(shí)器 T1入口 關(guān) T1 開(kāi)外部中斷 中斷 返回 是否 發(fā)送完 ？ N Y 24 圖 34 外部中斷子程序流程圖 圖 35 顯示程序流程圖 計(jì)算程序流程圖 利 用超聲波測(cè)距儀測(cè)距的核心是測(cè)得計(jì)數(shù)器 T0 的數(shù)，將測(cè)量的時(shí)間轉(zhuǎn)換為距離。 在用超聲波傳感器測(cè)距離時(shí) ， 接收端會(huì)直接接收發(fā)射端的信號(hào) ，影響測(cè)量 ,在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮如何避免。使用的 12MHz 晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的 89C52單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到 1μs 的精度，因此系統(tǒng)采用 AT89C52 定時(shí)器既能保證時(shí)間誤差在 1mm 的測(cè)量范圍內(nèi)。 本章小結(jié) 在本章里，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了調(diào)試和分析。5cm 內(nèi)。同時(shí)，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，正是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛(ài)，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相互幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。本系統(tǒng)的 LED 顯示部分采用的是 動(dòng) 態(tài) 顯示 方式。 溫度傳感器 LM92 的溫度測(cè)試分辨率為 ℃ ，－ 10℃ 至 +85℃ 準(zhǔn)確度為 177。 不管是查詢(xún)發(fā)射波與回波，還是由其觸發(fā)單片機(jī)中斷再通過(guò)軟件啟停定時(shí)器，都需要一定的時(shí)候，中斷的方式誤差相對(duì)要小一些。 由于本系統(tǒng)軟件采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，因此文件格式尾注必須是 .C,然后點(diǎn)擊按鈕 Add，將編寫(xiě)好的文檔添加入工程 ， 如圖 44，圖 45 為文檔添加后的工程樣式。程序設(shè)計(jì)的是給 串?dāng)?shù)（ cshu）自減，減到零時(shí)就發(fā)送完 .如果發(fā)送完就關(guān) T1，如果沒(méi)有發(fā)送完，就繼續(xù)發(fā)送。它是一個(gè)可 以進(jìn)行位尋址的寄存器。 TC/ ： 定時(shí)或計(jì)數(shù) 功能選擇位。 /*延時(shí) */。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào) ，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。在共陰極接法中， LED 數(shù)碼管的 ga 七個(gè)發(fā)光二極管因加正電壓而發(fā)亮，因加零電壓而不發(fā)亮。 圖 27 發(fā)射部分電路圖 超聲波接收電路 超聲波接收器接收反射的超聲波轉(zhuǎn)換為 40KHz 毫伏級(jí)的電壓信號(hào) ,需要經(jīng)過(guò)放大、處理、用于觸發(fā)單片機(jī)中斷 INT0。 而且單片機(jī)最小系統(tǒng)也是本次課題設(shè)計(jì) 的控制中心，由它負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)出與接收，計(jì)算并處理測(cè)量結(jié)果，最后將結(jié)果通LED顯示電路 電源電路 AT89C52 系統(tǒng)控制電路 超聲波 發(fā)射電路 超聲波接收電路 12 過(guò) P0 口顯示出來(lái)。 MA40S2R/S 傳感器的發(fā)送與接收的靈敏度都是以標(biāo)稱(chēng)頻率為中心逐漸降低，為此，發(fā)生超聲波時(shí)要充分考慮到這一點(diǎn)以免逸出標(biāo)稱(chēng)頻率。 其接收原理是 ： 當(dāng)超聲波作用在磁致材料上時(shí) ， 使磁滯材料振動(dòng) ,引起內(nèi)部磁場(chǎng)變化 ， 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 ， 使線圈產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)輸出。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 表 21 聲速與溫度關(guān)系表 [5] 溫度 （ ℃ ） 30 20 10 0 10 20 30 聲速（ m/s） 349 344 338 331 325 319 313 6 （ 2）聲阻抗特性 : 聲阻抗特性能直接表征介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì) ， 其有效值等于傳聲介質(zhì)的密度 ρ 與聲速 c 之積 ， 記作 cZ ?? 聲波在兩種介質(zhì)的界面上反射能量與透射能量的變化 ,， 取決于這兩種介質(zhì)的聲阻抗特性 。 第 4章為系統(tǒng)整體調(diào)試及誤差分析。其次，有利于學(xué)生進(jìn)一步理解所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，將自身所學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自身能力的鍛煉與提高。 (3).以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。 它利用超聲波測(cè)距傳感器的發(fā)射探頭與接 收探頭工作時(shí)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出障礙物的距離，對(duì)被測(cè)目標(biāo)無(wú)任何影響， 再者超聲波傳播速度也在一定范圍內(nèi)與其頻率無(wú)關(guān)。裝置包括單片機(jī)系統(tǒng)、 顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路 四 部分。 系統(tǒng)的軟件部分則包括主程序、定時(shí)子程序、顯示子程序和外部中斷服務(wù)子程序。這 些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)都使得超聲波測(cè)距越來(lái)越受到人們的重視，也從 70年代末期開(kāi)始在生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 (4).對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析。第三，更重要 是培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，通過(guò)與搭檔的共同努力，基于對(duì)超聲波測(cè)距儀軟硬件的了解，設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)單，精度高，誤差小的測(cè)距裝置。先對(duì)硬件組裝及性能進(jìn)行分析，再進(jìn)行軟件部分的分析，最后是軟硬件結(jié)合后的調(diào)試結(jié)果。 兩種介質(zhì)的聲阻抗特性差愈大 ， 則反射波的強(qiáng)度愈大 。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。 本項(xiàng)目所用的壓電式超聲波發(fā)生器。 圖 23表示傳感器方向性的特性，這種傳感器在較寬范圍內(nèi)具有較高的檢測(cè)靈敏度，因此，適用于物體檢測(cè)與防犯報(bào)警裝置等。可以說(shuō)它是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心所在，好比大腦之于人類(lèi)的重要性。一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)微弱，同時(shí)根據(jù)反射條件不同信號(hào)大小變化較大 ， 需要放大倍數(shù)大約為 100 到 5000 倍 ， 另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大 ， 這就需要高輸入阻抗的多級(jí)放大電路 ， 這就會(huì)引入兩個(gè)問(wèn)題 ： 高輸入阻抗容易接收干擾信號(hào) ， 同時(shí)多級(jí)放大電路容易自激振蕩。而在共陽(yáng)極接法中，剛好與共陰極接法向反。當(dāng)系統(tǒng) 進(jìn)入超聲波接收中斷程序后，該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。 IE=0x80。當(dāng) TC/ ＝ O 時(shí)設(shè)置為定時(shí)器方式；當(dāng) TC/ ＝ 1 時(shí)設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)所有位均為 0。然后再開(kāi)外部中斷。圖 46 為選擇 12MHz 的晶振，再?gòu)?output 選項(xiàng)中選擇生成 HEX 文件，如圖 47。 相對(duì)而言，單片機(jī)的時(shí)間分辨率還是不太高，如晶振頻率為 12MHz 時(shí)，時(shí)間分辨 32 率為 1181?！?，I2C 總線接口。單片機(jī)內(nèi)部采用 C 語(yǔ)言編程，方波信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距 離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。 最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無(wú)盡的愛(ài)、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。測(cè)距范圍從 20cm 到 200cm，測(cè)量精度在 177。 由 LM92 溫度傳感器和單片機(jī)組成的高精度超聲波測(cè)距已應(yīng)用在各種高精度測(cè)距的場(chǎng)合，如自動(dòng)氣象站中水氣日蒸發(fā)量的測(cè)試、自動(dòng)任意形狀物體密度測(cè)試儀等，它具有測(cè)試速度快，能達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量 精度等優(yōu)點(diǎn)，在工程上的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景廣闊 [12]。 在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí) 間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm 的誤差。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。 顯示程序流程圖 如圖 35 所示， 在 C 語(yǔ)言編程中，僅需把計(jì)算的四個(gè)十進(jìn)制數(shù)字逐個(gè)送入 P0 口即可， 且每個(gè)數(shù)字顯示前有 的延時(shí)。 定時(shí)器 T0 流程圖 在本系統(tǒng)中設(shè)置 T0 工作在 模式 1 下，為 16 位計(jì)數(shù)器， 這 16 位是由 TH0(TH1)的高 8 位和 TL0(TL1)的低 8 位構(gòu)成。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器有四種工作方式，如表 42： 表 42 定時(shí) /計(jì)數(shù)器工作方式的選擇 M1 MO 工作方式 功能 描述 0 0 方式 0 13 位 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 1 方式 1 16 位 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 0 方式 2 具有自動(dòng)重裝初值的 8 位 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 1 方式 3 分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器（僅適用于 T0） 21 控制寄存器 TCON TCON 是用于控制 定時(shí) /器的啟、停溢出標(biāo)志和外部中斷信號(hào)觸發(fā)方式，其各位定義如下： TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1 和 TF0；分別為定時(shí)器 1 和定時(shí)器 0 溢出標(biāo)志。 ET0=1。 測(cè)出 的 結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送 LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)前面的測(cè)量過(guò)程。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 CX20206由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2R11 0 kC11 0 u F+ 5 v+ 5 vC22 2 p FC32 2 p F 圖 26 單片機(jī)最小系統(tǒng) 超聲 波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路如圖 27所示， AT89C52通過(guò)外部引腳 輸出脈沖寬度為 25μs , 40kHz的 20個(gè)脈沖串通過(guò)超聲波驅(qū)動(dòng)電路以推挽方式加到超聲波傳感器而發(fā)射出超聲波。其中，相位檢測(cè)法精度高，但檢測(cè)范圍有限 。超聲波換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。 溫度的變化對(duì) 聲阻抗特性值有顯著的影響 ， 實(shí)際中應(yīng)予以注意。 5 2 超聲波測(cè)距原理 超聲波簡(jiǎn)介 聲波是一種能在氣體、固體、及液體中傳播的機(jī)械波，由于振動(dòng)頻率的不同可分為： (1)次聲波：振動(dòng)頻率低于 16Hz 的機(jī)械波。 研究?jī)?nèi)容及論文構(gòu)成 本文設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀是動(dòng)態(tài)測(cè)距，能夠連續(xù)地不間斷地對(duì)障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。本課題研究的測(cè)距系統(tǒng)就是用單片機(jī)控制的。利用超聲波檢測(cè)距離比較迅速、方便，計(jì)算也較簡(jiǎn)單，易于做到實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且在精度方面也能夠達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也得到了廣泛的應(yīng)用。完成了超聲波測(cè)距儀的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量結(jié)果的顯示 ， 經(jīng)系統(tǒng)調(diào)試可看出， LED 數(shù)碼 管 顯示清晰穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò) 5cm。距離是通過(guò)測(cè)量發(fā)射的超聲 波與接受 到被測(cè)物體反射的回波之間的時(shí)差來(lái)確定的。為此我們需要一種可以精確測(cè)量的非接觸式的測(cè)距方式，于是超聲波測(cè)距儀應(yīng)用而生。 故總體而言，此次選題的要求可概括為以下幾點(diǎn)： (1).設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。 而本次研究的就是以 AT89C52單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)測(cè)距，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。包括 了主程序、顯示子程序、定時(shí)器子程序和外部中斷子程序。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等 [8]。 （ 2）磁滯式 超聲波傳感器 磁滯式超聲波傳感器主要由鐵磁材料和線圈組成 。 表 22 超聲波傳感器 MA40S2R/S 的特性 種類(lèi)特性 MA40S2R 接收 MA40S2S 發(fā)送 標(biāo)稱(chēng)頻率 40kHz 靈敏度 － 74dB 以上 100dB 以上 帶寬 6kHz 以上 (－ 80dB) 7kHz 以上 (90dB) 電容 1600pF 1600pF 絕緣電阻 100MΩ 以上 溫度特性 － 20~+60℃ 范圍內(nèi)靈敏度變化在 10dB 以?xún)?nèi) 超聲波傳感器的帶寬較窄，大部分是在標(biāo)稱(chēng)頻率附近使用，為此，要采取措施擴(kuò)展頻帶，例如，接入電感等。在復(fù)位電路中，單片機(jī) RST 管 腳一方面經(jīng) 10μF 的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，另一方面經(jīng)開(kāi)關(guān) s 接電源。s，半周期為 。因此顯示部分采用七段半導(dǎo)體數(shù)碼管即 LED。距離的計(jì)算公式為： 2/)(2/ tcsd ??? （ 31） 其中， d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離， s 為聲波的來(lái)回的路程， c 為聲速， t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 /* 測(cè)量標(biāo)志 */ cshu=0