【正文】 序根據(jù)距離計(jì)算公式計(jì)算數(shù)據(jù)即距離結(jié)果的遠(yuǎn)近，通過 液晶屏 顯示，并且同時(shí)控制蜂鳴器。 綜合以上的分析可得到系統(tǒng)主程序流程圖，系統(tǒng)主程序的流程圖如圖 41 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 所示。 C 語言運(yùn)用模塊化的思想，對(duì)不同功能模塊進(jìn)行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線 。 圖 36 超聲波接收電路電路圖 超聲波測(cè)距模塊 HCSR04 HCSR04 超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭， CX20216A芯片電路， 74LS04 芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。超聲波傳感器實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測(cè)和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛”。 P3口置 1 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平，作輸入口使用；在對(duì)內(nèi)部 Flash 程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，此端接控制信息。 STC12C5A60S2如圖 31 所示。 顯示模塊 論證 顯示模塊是該設(shè)計(jì)的顯示界面，它通過接收控制器發(fā)出的指令顯示相應(yīng)的內(nèi)容，簡(jiǎn)潔明了地體現(xiàn)出整個(gè)設(shè)計(jì)的功能。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量， I/O 口的 引腳數(shù)量等。 方案的總體設(shè)計(jì) 為方便檢修和維護(hù)硬件電路，設(shè)計(jì)時(shí)常常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。 圖 21 超聲波測(cè)距原理 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 21中被測(cè)距離為 H，兩探頭中心距離的一半用 M表示，超聲波單程所走過的距離用 L 表示，由圖可得 ?cosLH? (21) ? ?HMarctan?? (22) 將式 (22)帶入式 (21)得 ? ?? ?HMLH a r ct a nc o s? (23) 在整個(gè)傳播過程中，超聲波所走過的距離為 vtL?2 (24) 式中： v 為超聲波的傳播速度， t 為傳播時(shí)間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。對(duì)超聲波測(cè)距原理和溫度補(bǔ)償進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹 ,并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)各模塊進(jìn)行討論。 目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研制方面處于領(lǐng)先水平。通過超聲波方法制備納米材料，達(dá)到了目前采用激光、紫外線照射和熱電作用 等方法 所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，具有很好的前景。超聲波由于指向性強(qiáng)﹑ 能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而經(jīng)常用于測(cè)量物體的距離 、 厚度 、 液位等領(lǐng)域。超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子 大小 ，這 說明超聲波本身不能直接對(duì)分子起作用，而是 超聲波 通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子，所以超聲波的作用與其 所應(yīng)用 的環(huán)境密切相關(guān)。 自此以后 ，聲納 技術(shù) 是各國(guó)海軍進(jìn)行水下監(jiān)視使用的主要技術(shù)，用于對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)﹑分類﹑定位和跟蹤。若距離在設(shè)定范圍以內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行提醒。本設(shè)計(jì)采用 脈沖回波 法測(cè)距。超聲波在空氣中的傳播速度為 TC G ??? 3 1 (27) 由此可見，超聲波的速度和溫度 有 密切關(guān)系。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 單片機(jī)具有控制功能強(qiáng)、低功耗、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，并且開發(fā)成本低。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 經(jīng)過多方案的比較與選擇決定，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件采用 STC12C5A60S2 作為控制器，超聲波模塊 HCSR04 作為系統(tǒng) 的測(cè)距模塊，液晶顯示屏 1602 作為系統(tǒng)的顯示模塊，溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 P2 口 （ 21～ 28） 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，而且 P2口具有驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載的能力。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳為 XTAL1 和 XTAL2 分別是反相放大器的輸入端和輸出端，在這兩個(gè)端口跨接晶體（或陶瓷）振蕩器和兩個(gè)電容就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩電路。雙晶振子為正方形，正方形的左右兩邊由圓弧形凸起部分支撐著。超聲波接收電路主要是由集成電路 CX20216A 芯片電路構(gòu)成的， CX20216A 芯片電路可以對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢 波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷，當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí)，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。 顯示模塊 本設(shè)計(jì)顯示部分采用字符型 1602 液晶顯示所測(cè)距離值。 電源模塊的原理圖如圖 310。通過 DS18B20 采集溫度，將溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將所轉(zhuǎn)換的溫度進(jìn)行顯示。 溫 度 采 集 子 程 序 開 始D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位D S 1 8 B 2 0 存 在 ？D S 1 8 B 2 0 發(fā) 送 存 在 脈 沖讀 取 D S 1 8 B 2 0 數(shù) 據(jù)溫 度 轉(zhuǎn) 換等 待 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位數(shù) 據(jù) 處 理 并 顯 示讀 取 溫 度返 回 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 44 溫度采集子程序 顯示處理子程序 顯示處理子程序流程圖如圖 45 所示。具體操作是：當(dāng)萬用表的兩個(gè)探頭接觸到兩個(gè)原理上連接的焊接點(diǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)警，則表明這兩個(gè)焊接點(diǎn)是導(dǎo)通的；反之，則是 虛焊。 所以超聲波發(fā)送應(yīng)考慮因素有： （ 1）量程范圍 ，量程范圍越大，誤差越大 ； （ 2）目標(biāo)距離和目標(biāo)反射情況。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 6 章 總結(jié) 與展望 本課題設(shè)計(jì)的是超聲波測(cè)距系統(tǒng)，即運(yùn)用超聲波測(cè)距的原理和方法，設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是利用超聲波實(shí)現(xiàn)測(cè)量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離在液晶屏上，在距離小于 米時(shí)發(fā)出報(bào)警。通過這些處理，可以有效的減少干擾。 lcd1602AddressWriteString( LCD1602_ROW0, 7, cm)。039。 /*公式說明：假設(shè)時(shí)間為 T （ us），則距離為： T/1000000 (s) * (+*temp)(m/s) /2 = T*(+*temp)/2021000 (m) = T*(+*temp)/20210 (cm) */ S=(TH0*256+TL0)*(+*temp)/20210。 /********************************** 函數(shù)名稱 :main() 功能描述 :主函數(shù)，程序入口 入口參數(shù) :無 返回值 : 無 **********************************/ void main(void) { UB8 j,dat[]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}。 （ 1）硬件方面 為了抑制外部干擾，接收裝置可以采用過零檢測(cè)裝置，保證接收到的超聲波為物體反射回來的超聲波，從而有效地抑制超聲波發(fā)射電路的輻射干擾。為減小此項(xiàng)誤差，應(yīng)該提高計(jì)時(shí)的最小單位，即是選擇頻率高的晶振，從而降低量化誤差，同時(shí)選用質(zhì)量好的晶振。 （ 3）把各個(gè)模塊組合起來，全速運(yùn)行，看程序是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的所有功能。若單獨(dú)模塊測(cè)試正常，再 把各個(gè)模塊組合起來，全速運(yùn)行，看程序是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的所有功能。 定 時(shí) 器 T 1 賦 初 值2 4 0 m s 是 否 到 ？重 新 啟 動(dòng)返 回YN定 時(shí) 器 程 序 開 始 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 43 定時(shí)器子程序流程圖 實(shí)現(xiàn)重要功能的 子 程序分析 DS18B20 溫度 采集 子程序 溫度采集子程序流程圖如圖 44 所示。將系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化。 溫度傳感器電路圖如圖 38 所示。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 一個(gè)控制口發(fā)出一個(gè) 10μ s 以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去，而單片機(jī)所產(chǎn)生的 40kHz 的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去，所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路，本設(shè)計(jì)選用 74LS04 芯片進(jìn)行信號(hào)放大 。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。 ○ 3 EA_____/Vpp（ 31）： EA_____為 片外程序存儲(chǔ)器訪選用端。 （ 4） 輸入輸出口（ I/O 口）引腳 P0 口 （ 39～ 32） 是一個(gè)三態(tài)的雙向口，既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時(shí)復(fù)用口，又可以作為通用輸入輸出口 。下面兩種方案進(jìn)行簡(jiǎn)單比較。 所以，根據(jù)上述要求，綜合考慮，單片機(jī) STC12C5A60S2 可以作為系統(tǒng)的控制器進(jìn)行使用。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間 t，由此便可計(jì)算出距離，并由單片機(jī)控制顯示出來 。由于相位測(cè)量存在以 2n 為周期的多值解，從而容 易造成解的不確定性。 第 6 章 總結(jié)與展望。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)超聲波回波信號(hào)處理算法的研究已經(jīng)日漸成熟，但其作為超聲波探測(cè)定位的關(guān)鍵技術(shù)，仍將是一個(gè)重要的研究方向。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 歷史上使用超聲波來測(cè)量距離是從聲納技術(shù)的發(fā)展開始。超聲波在氣體、液體及固體中 都可 傳播， 但 其傳播速度各有差異。 其中傳感器技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛的使用， 比如溫度傳感器、光電傳感器、濕度傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、壓力傳感器等等，其中超聲波傳感器在測(cè)量方面有著廣泛、普遍的應(yīng)用。 40KHz 的超聲波 具 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 有 在空氣中衰減較小，測(cè)量距離 較 遠(yuǎn)，同時(shí)測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)別 等優(yōu)點(diǎn) 。 近十年來，國(guó)內(nèi)科研人員在超聲波回波信號(hào)處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進(jìn)行了大量理論分析與研究，并針對(duì)超聲測(cè)距的常見影響因素提出溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動(dòng)增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測(cè)距精度的措施。 在軟件設(shè)計(jì)中采用不模塊化編程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本設(shè)計(jì)分別對(duì)系統(tǒng)的主程序、 系統(tǒng)初始化子程序 、溫度測(cè)量模塊 、判斷報(bào)警模塊 和液晶顯示模塊的各個(gè)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。經(jīng)分析和大量實(shí)驗(yàn)表明，頻率為 40KHz 左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時(shí)為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件框圖如圖 22所示。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、 PLCC封裝及表面貼附等。 為使所測(cè)溫度與距離可以同時(shí)顯示，經(jīng)過比較，使用液晶顯示屏顯示可以有更好的顯示效果，所以選擇使用液晶顯示屏顯示。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式， XTAL1 和 XTAL2 外接的是12 MHz 的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。 ○ 2 PSEN___________（ 29）： 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平時(shí)有效。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。在超聲波電路中，發(fā)射端輸出一系列脈沖方波，脈沖寬度越大，輸出的個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測(cè)的距離也越遠(yuǎn)。此模塊的測(cè)距范 圍為 2cm～ 5m，能基本滿足測(cè)距要求，而且其精度可以達(dá)到 ，盲區(qū)僅僅為 2cm，完全可以能夠滿足本設(shè)計(jì)的測(cè)距要求，而且測(cè)距也比較穩(wěn)定。 DS18B20 讀取溫度共讀取 16位，把后 11 位的 2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后再乘以 便為所測(cè)的溫度。最后主程序通過對(duì)回波信號(hào)的接收，完成后續(xù)的工作，假如標(biāo)志位清零則說明接收到了回波信 號(hào)，那么主程序就返回到初始端重新將回波接收標(biāo)志位置位并且在單片機(jī)的 端口上發(fā)送低電平到超聲波發(fā)射電路，就這樣，連續(xù)不斷地運(yùn)行，循環(huán)不斷地工作用來實(shí)現(xiàn)測(cè)距。 設(shè) 置 定 時(shí) 器 T 0 和 T 1 的 工 作 模 式T 0 賦 初 值T 0 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開 T 0 中 斷T 1 賦 初 值T 1 標(biāo) 志 位 復(fù) 位開 T 1 中 斷開 總 中 斷返 回系 統(tǒng) 初 始 化 子 程 序 圖 42 系統(tǒng)初始化子程序流程圖 定時(shí)器 子 程序設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)是 16位定時(shí)器，最大計(jì)時(shí)時(shí)間為 65536μ s，當(dāng)測(cè)量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器就會(huì)發(fā)生溢