【正文】 片機(jī) TXD 口發(fā)出低電平，三極管 Q5 為 PNP管所以導(dǎo)通， C 極向外輸出高電平。超聲波發(fā)射電路如圖 所示 。單片機(jī)控制發(fā)送超聲波的 TXD 口和消除余振的 INT0 口都是 P3 口的低四位，只需要由程序控制兩個管腳輸出相同的電平。輸入控制端有直接復(fù)位 Reset 端，通過比較器 A1，復(fù)位控制端的 TH、比較器 A2 置位控制的 T。電感采用固定式，電感量 。 、傳感器設(shè)計 超聲波測距技術(shù)經(jīng)過幾年的研究和發(fā)展，已經(jīng)有了很多比較成熟的技術(shù)和設(shè)計方案，使本次設(shè)計能有很多可借鑒的資料，從中學(xué)到了很多寶貴的知識。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不會失效。如果測距精度要求很高，則應(yīng)該通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右猿C正。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。 模塊高精度，首創(chuàng)無盲區(qū)（ 0cm 開始測量） ,穩(wěn)定的測距是此產(chǎn)品成功走向市場的有力根據(jù) ！ ? 主要技術(shù)參數(shù)： 1：使用電壓： 13 2：靜態(tài)電流：小于 8mA 3：輸出 TTL 電平 4：感應(yīng)角度：不大于 15 度。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 輸出 其特殊功能寄存器的12 內(nèi)容。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 PSEN—— 片外程序存儲器讀選通信號 PSEN，低電平有效。在編程和校驗時，可用作輸入低 8 位地址。運(yùn)算結(jié)果存于 AB 寄存器中 。 AT89C51 單片機(jī)的一些極限參數(shù)為： 操作溫度： 0176。智能系統(tǒng)一般需要在惡劣的環(huán)境下長期連續(xù)地工作，因此在滿足功能的基礎(chǔ)上，其可靠性也是設(shè)計時需要考慮的一個方面，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于通信、雷達(dá)、遙控和自動控制等各個領(lǐng)域中。接收超聲波時，兩電極間未添加其余電，共振板接收到超聲波，將壓迫壓電晶片作為振動，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號。該課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦?—— 反射、折射、干涉等等。超聲波發(fā)生子程序較為簡單，但是要求運(yùn)行精確，因此通常采用匯編語言編程。 超聲波的接收電路。同時 由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波測距器作為一種新型的測距工具，它在定位、精度等各個方面都擁有很大的發(fā)展空間。 實際的環(huán)境對超聲波有很大的影響，如外部電磁干擾電源干擾信道干擾等等，空氣的溫度對超聲波的速度影響也很大。而基于單片機(jī)的超聲波測距器作為單片機(jī)眾多應(yīng)用中的佼佼者，無疑為現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)帶來了更多的便利。它控制單片機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)發(fā)送與接收，在一定溫度下對超聲波速度的校正，還有實現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在 LED 上。出于安全與其他因素的考慮，日常生活中，有很多工作是需要機(jī)械化自動進(jìn)行而非人類去身體力行。 因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。特別是這種單片機(jī)內(nèi)的 Flash可以編程，可以擦除只讀存儲器（ E~PROM），因此。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲 波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器而引起的直波觸發(fā)，需要延時 ，最后將發(fā)射與接收的時間差代入測距算法公式中計算，就可以得出測距器與被測物體之間的距離了。 ： 激光測距的優(yōu)點是精確，距離遠(yuǎn)，缺點是需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量 結(jié)果 。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的 ,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中 傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測量。使用 CX20206A 集 成電路對接收探頭收到的信號進(jìn)行放大、濾波。智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，其核心在于微處理器?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 ACC 既是 ALU 處理數(shù)據(jù)的來源，又是 ALU運(yùn)算結(jié)果的存放單元。 P0 口可驅(qū)動 8 個 TTL 負(fù)載。當(dāng) EA 接 VCC 時，對 ROM 的讀操作從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 ? 復(fù)位電路 ： 本系統(tǒng)設(shè)計是的上電自動復(fù)位電路，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，當(dāng)電源接通時只要 Vcc 的上升時間不超 過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位 。并因此作為輸入時， P2 的管腳被外部拉低，將輸出電流。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。有余輸入至內(nèi)部時鐘信 號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、又可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。 圖 超聲波測距原理圖 超聲波測距的 計算公式為： D=S/2=CT/2。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率?？傮w上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生 超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。超聲波測距器主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號 (INT0 引腳出現(xiàn)低電平 )，立即進(jìn)入中斷程序。頻率穩(wěn)定性好，不需作任何調(diào)整，并由 T4016 作為換能器發(fā)出 40kHZ 的超聲波信 號。 經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的考慮和分析，本人選擇使用 NE555 加外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為 40KHz 的方波，再經(jīng)過整形放大后來驅(qū)動超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波。因為超聲波探頭是一個感性元件，在一定程度上會表現(xiàn)出電感的性質(zhì)。輸出端 則 采用 的是 兩個反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。由電路可知電容 C 的放電時間 t1＝ R2Cln2，充電時間 t2＝（ R1+R2） Cln2，即可得出輸出脈沖的頻率為： f＝ 1/t1+t2。電路工作電壓 9V，工作電流大于 35mA，發(fā)射超聲波信號大于 10m 40kHZ 超聲波發(fā)射電路之四，由 LM555 時基電路及外圍元件構(gòu)成 40kHZ 多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)電阻器 RP 阻值，可以改變振蕩頻率。電路工作電壓 9V，工作電流約25mA。 表 給出了超聲波對于不同物體的最大探測距離。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。小功率超聲探頭多用作探測方面。 本模塊采用 LM386對輸出信號進(jìn)行功率放大， LM386 多用于音頻放大，也可用于超聲波發(fā)射。 2： 無盲區(qū)（ 10mm 內(nèi)成三角形誤差較大，簡單可以當(dāng)做 0 處理）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 ? 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路： 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路是整個硬件電路中非常重要的一部分。 P3 口可作為普通 I/O 口。 ? 引腳排列及功能 AT89C51 的封裝形式有 PDIP,TQFP,PLCC 等，現(xiàn)以 PDIP 為例。其中包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元ALU、累加器 ACC、 B 寄存器、程序狀態(tài)字 PSW 和兩個暫存器等。 系統(tǒng) 單片機(jī) 的選擇 系統(tǒng)單片機(jī)的選擇要基于單片機(jī)的特點，而 AT89C51 單片機(jī)是基于 8051 系列單片機(jī)的一個產(chǎn)品， AT89C51 單片機(jī) 是 ATMEL 公司推出的通用型單片機(jī)，它的基本型產(chǎn)品與傳統(tǒng)的8051 單片機(jī)只是在制作工藝方面略有不同。 單片機(jī)的簡單介紹與性能特點 單片機(jī)一詞最初源于 “ SingleChip Microputer” ，簡稱 “ SCM” 。而超聲波發(fā)射與接收電路還要加入放大電路。 超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。 ? 吸收特性： 聲波在各種介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其強(qiáng)度會逐漸減弱，這是因為介質(zhì)要吸收掉它的部分能量?；趩纹瑱C(jī)的超聲波器的工作原理是：由單片機(jī)控制發(fā)出 40kHz 的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出，超聲波接收器接到的信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間 t，再由軟件進(jìn)行判別、計算，得出最后的距離并送 LED 顯示 。超聲波測距的 原理為超聲波發(fā)射器 T 在某一時刻發(fā)射出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波信號遇到被測物體時就會反射回來，反射的超聲波信號就會被超聲波接收器 R 接收。 展望未來，基于單片機(jī)的超聲波測距器一定會隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，而且，超聲波測距器也會以其自動、準(zhǔn)確的特點而應(yīng)用越來越廣泛。 一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測量等。利用超聲波檢測距離，設(shè)計較方便，計算處理也比較簡單，最重要的是，超聲波測距在測量精度方面能夠達(dá)到很高的要求。硬件電路主要包括單片機(jī)電路 、發(fā)射電路 、 接收電路 和 顯示電路 ，另外還有復(fù)位電路和 LED控 制電路等。 系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。由于超聲波的指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中的傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離較遠(yuǎn)且不易測量的工程及應(yīng)用中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪小? 國外對于單片機(jī)的超聲波測距器的研究比較早，而且研究方向正確，研究內(nèi)容深刻，所以國外的超聲波測距器產(chǎn)品型號齊全，質(zhì)量較高，性能也比較穩(wěn)定。 超聲波測距器的算法。 基于單片機(jī)的超聲波測距器的工作原理。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時，入射角等于反射角，當(dāng)射線透過一種物質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的物質(zhì)時就會產(chǎn)生折射現(xiàn)象，也就是要改變它的傳播方向，兩種物質(zhì)的密度差別愈大，則折射率也愈 大。完成此功 能 的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探5 頭。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路 ,超聲波接收電路 ,單片機(jī)電路 ,顯示電路與溫度測量電路等幾部分模塊組成。 最后，顯示電路的作用主要是根據(jù)有關(guān)參數(shù)及設(shè)計要求使系統(tǒng)按照要求發(fā)出相應(yīng)的顯示內(nèi)容或信號。 下面就從基礎(chǔ)單片機(jī)的特點對單片機(jī)進(jìn)行簡單的介紹。 AT89C51 單片機(jī)的中央處理器主要包括運(yùn)算器和控制器兩大部分： 運(yùn)算器： 運(yùn)算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。 AT89C51 單片機(jī)的中央處理器主要構(gòu)成如圖 第一章 圖 AT89C51 單片機(jī)的中央處理器主要構(gòu)成 AT89C51 單片機(jī)以上獨(dú)特的構(gòu)成特點，為本課題研究選擇它打下了牢固的 基礎(chǔ)，而其優(yōu)質(zhì)的工作原理則決定了其為本次課題研究的不二選擇。 P3— 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時，外接石英晶體和微調(diào)電容 以上 AT89C51單片機(jī)的構(gòu)成 特點使得本次課題研究將選擇 AT89C51單片機(jī)作為控制超聲波測距的核心部分。當(dāng) P1 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高 電 阻輸入。 RST：復(fù)位輸入。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 ? 模塊的主要特點： 1： 超微型，是相當(dāng)于 2 個發(fā)射，接收頭的 面積，已經(jīng)沒法再變小了。對于超聲波測距精度要求達(dá)到 1mm 時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。超聲波探頭主要由壓電晶片 組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射 能力越強(qiáng)。一般來說 ， 平面光滑的物體 (如鏡面 )反射距離最遠(yuǎn) ,通常說的最大探測距離指的就是這類物體 ， 細(xì)小的物體探測距離很近很多 ， 如細(xì)棉線 ， 面積小 ， 而且吸收聲音 ,就探測不到。 S 是電源開關(guān)，按一下 S，便能驅(qū)動 T4016 發(fā)射出一串 40kHZ 超聲波信號。電路中 YF1~YF4采用高速 CMOS 電路 74HC00 四與非門電路，該電路特點是輸出驅(qū)動電流大（大于 15mA），效率高等。 Vcc 經(jīng)外接電阻 R1 和R2 向電容 C 充電，當(dāng) C 上的電壓 Vc 上升到 2Vcc/3 時，反相比較器 A1 翻轉(zhuǎn)輸出低電平，RS 觸發(fā)器復(fù)位，即 V＝ 0， 3 腳輸出為 “ 0” ，則三極管導(dǎo)通， C 經(jīng)三極管和 P1 放電，當(dāng)Vc 下降到 Vcc/3 時，同相比較器 A2 翻轉(zhuǎn)輸出低電平，即 S＝ 0， RS 觸發(fā)器置位， 3 腳輸出變?yōu)?“ 1” ，三極管又截止， C 又開始充電，如此周而復(fù)始，輸出端便可獲得周期性的矩形脈沖波， NE555 的內(nèi)部電路。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。所以當(dāng)發(fā)射電路停止向其輸入脈沖信號后，如果沒有合適的能量釋放回路，則在其感性的作用下，超聲波探頭內(nèi)部振蕩仍會持續(xù)一段時間，仍然發(fā)射超聲波，會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。 NE555 是一種用途很廣的時基單元集成電路，其工作電壓范圍較寬，可在 ～ 18V 范圍內(nèi)工作，其驅(qū)動電流可達(dá) 200mA。電感 L1 與電容 C2 調(diào)諧在 40kHZ 起作諧振作用。進(jìn)入該中斷程序后就立即關(guān)閉計時器 TD停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值 1。電