【正文】 .........................................................................25 誤差及特性分析 ....................................................................................................27 結(jié) 論 ................................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................29 致 謝 ................................................................................................................................31 附錄 1 整體電路圖 .....................................................................................................32 附錄 2 程序清單 ..........................................................................................................33 附錄 3 外文復(fù)印件 .....................................................................................................41 附錄 4 外文譯文 ..........................................................................................................44 實(shí)習(xí)報(bào)告 ...........................................................................................................................41 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題研究的背景 人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測(cè)距準(zhǔn)確度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。目前市面上常見的超聲波測(cè)距系統(tǒng)不僅價(jià)格昂貴，體積過(guò)大而且精度也不高等種種因素，使得在一些中小規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域中難以得到廣泛的應(yīng)用。可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石等。 R— — 氣體普適常數(shù)，為 。 目前超聲波測(cè)距已得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)一般使用專用集成電路根據(jù)超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)各種測(cè)距儀器，但是專用集成電路的成本較高、功能單一。 本設(shè)計(jì)的 MCU 采用的是 DIP（ Dual Inline Package 塑料雙列直插式）封裝的AT89C51 高性能 8 位單片機(jī)。在非訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器期間，ALE 仍以 1/6 振蕩頻率固定不變地輸出，因此它可對(duì)個(gè)輸出或用于定時(shí)目的。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，用做高 8 位地址總線；在對(duì)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ EPROM 型）進(jìn)行程序編程和校驗(yàn)時(shí)，亦用做高 8 位地址總線。本設(shè)計(jì)采用的就是發(fā)送超聲波傳感器 T40 及接收超聲波傳感器 R40,其外觀如圖 。 圖 PR35 封裝 圖 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 5 章 硬件電路設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 。為方便起見，本設(shè)計(jì)采用的是 9V電池供電，直流電送入三端穩(wěn)壓器 LM7805 穩(wěn)壓，輸出 +5V穩(wěn)恒直流電，作為電路的 電源。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T1 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。 TL1=0x00。 delay_us(1)。 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 19 第 7 章 軟件調(diào)試及系統(tǒng)仿真 軟件編譯調(diào)試環(huán)境 —— Keil 單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)?CPU 可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。 首先點(diǎn)擊左邊 Project 窗口的 Target 1，然后使用菜單“ ProjectOption for target‘ target1’”即出現(xiàn)對(duì)工程設(shè)置的對(duì)話框，這個(gè)對(duì)話框可謂非常復(fù)雜，共有 8 個(gè)頁(yè)面，要全部搞清可不容易，好在絕大部份設(shè)置項(xiàng)取默認(rèn)值就行了。 Emphasis 是選擇編譯優(yōu)先方式，第一項(xiàng)是代碼量?jī)?yōu)化（最終生成的代碼量?。?；第二項(xiàng)是速度優(yōu)先（最終生成的代碼速度快）；第三項(xiàng)是缺省。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。因此在測(cè)量過(guò)程中稍不小心就會(huì)接收不到超聲波，而導(dǎo)致沒(méi)有測(cè)量結(jié)果。 本設(shè)計(jì)完整地做出之后可測(cè)量十米以內(nèi)的距離。 1) 源程序的錄入 先右擊 AT89C51，再左擊 AT89C51，會(huì)出現(xiàn)如圖 所示的對(duì)話框，點(diǎn)擊 ，選擇所需要的 HEX 文件。圖 是有關(guān)編譯、設(shè)置的工具欄按鈕，從左到右分別是：編譯、編譯連接、全部重建、停止編譯和 對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置。 設(shè)置對(duì)話框中的 OutPut頁(yè)面，如圖 ，這里面也有多個(gè)選擇項(xiàng)，其中 Creat Hex file 用于生成可執(zhí)行代碼文件（可以用編程器寫入單片機(jī)芯片的 HEX 格式文件，文件的擴(kuò)展名為 .HEX），默認(rèn)情況下該項(xiàng)未被選中，如果要寫片做硬件實(shí)驗(yàn)，就必須選中該項(xiàng)，在此特別提醒注意。 1) 源文件的建立 使用菜單“ FileNew”或者點(diǎn)擊工具欄的新建文件按鈕，即可在項(xiàng)目窗口的右側(cè)打開一個(gè)新的文本編緝窗口，在該窗口中輸入?yún)R編語(yǔ)言或 C語(yǔ)言源程序，然后保存該文件，注意必須加上擴(kuò)展名（匯編語(yǔ)言源程序一般用 asm或 a51 為擴(kuò)展名，而 C 語(yǔ)言源程序一般用 c 為 擴(kuò)展名），這里假定將文件保存為 。 //tem_in 為 1 時(shí)，則該位也為 1 delay_us(4)。 TH1=0x00。 } 超聲波接收（外部中斷 1）程序： void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間要求精度較高的部分全部由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對(duì)時(shí)間精度要求也高，但經(jīng)詳細(xì)計(jì)算所得出的 C 程序已被廣泛應(yīng)用，故直接借用已有程序也能作到對(duì)溫度的準(zhǔn)確讀取，所心本設(shè)計(jì)全部使用 C語(yǔ)言編程，這樣能使設(shè)計(jì)中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號(hào)后向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。 DS18B20 是采用專門設(shè)計(jì)的不銹鋼外殼，僅有 的壁厚， 具有很小的蓄熱量，采用導(dǎo)熱性高的密封膠，保證了溫度傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。 /VPP/EA ：外部訪問(wèn)允許。 VCC—— 第 40 腳，正常運(yùn)行和編程校驗(yàn) +5V電源。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素， 可以采用 AT89C51 單片機(jī)作為主控制器，它控制發(fā)射觸發(fā)脈沖的開始時(shí)間及脈寬，響應(yīng)回波時(shí)刻并測(cè)量、計(jì)數(shù)發(fā)射至往返的時(shí)間差。因此，需要較高的測(cè)量精度時(shí)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償是最有效的措施。 利用加濕器的原理 ， 把藥液霧化 ， 讓病人吸入 ， 能夠療效 。 第 5 章從整體硬件設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)各部分電路進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。城市污水給人們帶來(lái)了困擾，因此箱涵的排污疏通對(duì)大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn) 超聲波測(cè)距儀 的各種功能。隨著傳感器的技術(shù)進(jìn)步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。因此，我們把頻率高于 20200 赫茲的聲波稱為 “ 超聲波 ”。s,不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，使定時(shí)間達(dá)到 1181。由于超聲波易于 定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測(cè)量的理想手段。 圖 超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 4 章 主要元件介紹 單片機(jī) AT89C51 單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī) SCMC（ Single Chip MicroComputer）。在 VCC 掉電期間，此引腳 (即 VPD)可接通備用電源，以保持片內(nèi) RAM 信息不受破壞。 P1 口 —— 第 1~8 腳，具有內(nèi)部上拉電路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。這里僅介紹小型超聲波傳感器，其結(jié) 構(gòu)如圖 1 所示，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工 圖 T R40 外觀 作頻率一般為 2325KHZ 及 4045KHZ?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。當(dāng)距離測(cè)量結(jié)束并調(diào)用顯示程序，就會(huì)顯示距離大小，顯示兩位小數(shù)。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤只設(shè)置了 3 個(gè)按鍵，用于開始測(cè)量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。 TH0=0x1f。 i=8。 } 顯示子程序和鍵盤掃描子程序 顯示電路由四位 LED 組成動(dòng)態(tài)掃描電路，編程非常簡(jiǎn)單。雙擊 文件，將文件加入項(xiàng)目，注意，在文件加入項(xiàng)目后，該對(duì)話框并不消失，等待繼續(xù)加入其它文件，如果誤認(rèn)為操作沒(méi)有成功而再次雙擊同一文件，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)加入文件錯(cuò)誤的對(duì)話框，提示你所選文件已在列表中，此時(shí)應(yīng)點(diǎn)擊“確定”，返回前一對(duì)話框，然后點(diǎn)擊“ Close”即可返回主界面，返回后，點(diǎn)擊“ SourceGroup 1”前的加號(hào)，會(huì)發(fā)現(xiàn) 文件已在其中。 Listing 標(biāo)簽頁(yè)用于調(diào)整生成的列表文件選項(xiàng)。③ 提供軟件調(diào)試功能。 根據(jù)超聲波的特性，距離測(cè)量時(shí)必須滿足條件：①被測(cè)目標(biāo)必須垂直于超聲波測(cè)距儀。在這個(gè)過(guò)程中有無(wú)數(shù)人給了我莫大的幫助。 圖 為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真原理圖。它運(yùn)行于圖 有關(guān)編譯、連接、項(xiàng)目設(shè)置的工具條 圖 正確編譯、連接之后的結(jié)果 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 24 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件具有如下特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。按鈕“ Select Folder for objects”是用來(lái)選擇最終的目標(biāo)文件所在的文件夾，默認(rèn)是與工程文件在同一個(gè)文件夾中。點(diǎn)擊“ ProjectNew Project?”菜單，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求給將要建立的工程起一個(gè)名字，可以在編緝框中輸入一個(gè)名字（設(shè)為 exam1），不需要擴(kuò)展名。 根據(jù)測(cè)量距離 ctD 21? ，而其中KTcMRTc 27310 ??? ?，故可簡(jiǎn)化為：KTtKTtcD 0 ????，其實(shí)現(xiàn)程序算法如下： include void distance(void) { double radical,dist,t。 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。 TR1=0。 系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵 k1，若按鍵 k1 按下，則開始測(cè)量空氣溫度，然后將 置位，使定時(shí)器 T0 開始定時(shí)，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時(shí)使定時(shí)器 T1 開始定時(shí)。 長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 當(dāng)超聲波傳感器接收到超聲波信號(hào)后，送入兩級(jí)放大器放大，放大后的信號(hào)進(jìn)入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為 40kHz，則從 8 腳發(fā)出低電平中斷請(qǐng)求信號(hào)送單片機(jī) 端，單片機(jī)檢測(cè)到低電平后停止定時(shí)器的工 作。 C，在10～ +85176。超聲波傳感器由兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板組成，當(dāng)壓電晶片的兩極加上頻率等于其固有諧振頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，壓電晶片產(chǎn)生共振，并帶動(dòng)共振板產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)壓電晶片也一起振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，稱為超聲波接收器。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 VPP。 XTAL1—— 第 18 腳，接外部晶振的另一個(gè)引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸出端口。 可對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)優(yōu)化處理，并 采用溫度補(bǔ)償，使測(cè)量誤差降到更低限度； AT89C51 還控制顯示電路，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中傳播速度為 米 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé) 計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用 晶振，所以此系統(tǒng)測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。測(cè)量距離時(shí)，將超聲波傳感器對(duì)準(zhǔn)反射物發(fā)射超聲波，并開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播到達(dá)障礙物后被反射回來(lái)，傳感器接收到反射脈沖后立即停止計(jì)時(shí)，然后根據(jù)超聲波的傳播速度和計(jì)時(shí)時(shí)間就能計(jì)算出兩端的距離。 長(zhǎng)