【文章內容簡介】 系統(tǒng)及其組成 本系統(tǒng)由單片機 AT89S52 控制，包括單片機控制系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖 6 所示。硬件電路的設計主要包括單片機最小系統(tǒng)及、超聲波接受電路、超聲波發(fā)射電路。顯示電路等幾部分組成。采用 AT89S52 單片機最為系 統(tǒng)的微處理器。系統(tǒng)的晶振頻率為 12MHz，這樣可以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，使測量誤差減小。用單片機 的 端口輸出 40KHz的方波給超聲波換能器，用單片機的 端口檢測超聲波接收電路返回的接收信號。用 4 個為共陽的 LED 數碼管進行顯示。單片機的 P0 口為段碼輸出口，單片機的 、 、 口控制數碼管的位選 ,用三極管 8550 進行數碼管的驅動。 超聲波接收頭接收到反射的回波后，經過接收電路處理后，向單片 機 輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內部計時器 T0 計 時，當檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止內部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以 2 即可得到測量值，最后經 3 位數碼管將測得的結果顯示出來。 超聲波測距單片機系統(tǒng) 超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由： AT89S52 單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。 由 K1， K2， K3 組 成測距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設定超聲波測距報警值。如圖 32。 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 圖 32 超聲波測距單片機系統(tǒng) 超聲波發(fā)射、接收電路 超聲波發(fā)射如圖 33，接收電路如圖 34。超聲波發(fā)射電路由電阻 R2三極管 BG超 聲波脈沖變壓器 B 及超聲波發(fā)送頭 T40 構成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測量距離。接收電路 由 BG BG6 組成的兩組三級管放大電路構成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由 C D D4 及 BG9 組成。 40kHz 的方波由 AT89S52 單片機的 輸出，經 BG4 推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接 收到。由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經接收電路放大，整形，最后輸出一負跳變，輸入單片機的 腳。 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 圖 33 超聲波測距發(fā)射單元 該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 AT89S52 的 發(fā)出。方波的周期為 1/40ms，即 25181。s，半周期為 。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產生 40kHz 方波。由于單片機系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機的時間分辨率是 1181。s，所以只能產生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產生約 的方波。 圖 34 超聲波測距接收單元 由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收電路如圖 3所示。接收到的信號加 到 BG BG6 組成 的兩級放大器上進 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 行放大。每級放大器的放大倍數為 70 倍。放大的信號通過檢波電路得到解調后的信號，即把多個脈沖波解調成多個大脈沖波。這里使用的是 IN4148 檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結構簡單，性能較好，制作難度小。 數碼管 的 顯示電路 本系統(tǒng)采用 四 位一體 L E D 數碼管顯示所測距離值，如圖 10。數碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的 P0 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 、 、 口 ,數碼管位驅運用 PNP 三極管 8550 三極管驅動。同時使用電阻進行限流。 圖 35 顯示單元 供電電路 本測距系統(tǒng)由于采用的是 LED 數碼管用為顯示方式，正常工作時，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，而系統(tǒng)中單片機的工作電壓為 +5V,為保證系統(tǒng)統(tǒng)計的可靠正常工作，并且方面系統(tǒng)的供電方式我們選擇電腦的 USB 口進行供電，這樣可以為調試系 統(tǒng)方便，即由 USB 口供電，調試時直接由電腦 USB 口供電。在電路板上還安裝了一個供電的開關，可以通過開關來打開和關閉電源，系統(tǒng)供電電路如圖 36 所示。 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 圖 36 供電單元電路圖 報警輸出電路 報警電路的主要的作用是當檢測到的距離小于我們所設定的最小的報警距離的時候，系統(tǒng)要發(fā)出報警的聲音，來提示我們。本次設計的報警電路是通過單片機控制蜂鳴器進行報警的。單片機的 口通過一個限流電阻控制三極管 8550 的基極，三極管的發(fā)射機接 +5V 的電壓，集電極接蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地。因為本次使用的 三極管是 PNP 型的管子，所以當單片機的 口為低電平的時候三極管導通，蜂鳴器經行報警，當單片機的 口為高電平的時候三極管不到通，蜂鳴器不報警。報警輸出電路如圖 37。 圖 37 報警輸出電路 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 本章小結 本章主要介紹了超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路的設計，把系統(tǒng)的整體的硬件電路分成各個模塊的電路設計。主要對其中的單片機最小系統(tǒng)，超聲波接收電路，超聲波發(fā)射電路，顯示電路以及電源電路進行了詳細的設計。 4 軟件部分設計 主體程序設計 超聲波倒車測距的軟件設計主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波 接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C語言編程。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設定時器 0 為計數，設定時器 1 定時。置位總中斷允許位 EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位 ec=1 時，測量一次，程序設計中，超聲波測距頻度是 45 次 /秒。測距間隔中，整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結果。當調用超聲波測距子程序后，首先由單片機產生 4 個頻率為 超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完 送超聲波后，立即啟動內部計時器 T0 進行計時，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機需要延時約 2ms 時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機 腳的電平判斷程序。當檢測到 腳的電平由高轉為低電平時，立即停止 T0 計時。由于采用單片機采用的是 12 MHz的晶振，計時器每計一個數的時間就是 1μs，當超聲波測距子程序檢測到接收成功標志位后，會將計數器 T0 中的數按式（ 2）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。 設計時取 15℃ 時聲音的速為 340 m/s 則有： d=(ct)/2=172T0/10000cm 其中， T0 為計數器 T0 計算出來的值。 測出距離將測得的結構轉化成十進制 BCD碼在數碼管上進行顯示。最后重復上述的測量過程。 超聲波測距子程序及其流程圖 void wdzh() { TR0=0。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 csbint=1。 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 sx=0。 delay(1700)。 csbfs()。 csbout=1。 TR1=1。 i=yzsj。 while(i) { } i=0。 while(csbint) //判斷接收回路是否收到超聲波的回波 { i++。 if(i=3300) csbint=0。 } TR1=0。 s=TH1。 s=s*256+TL1。 TR0=1。 csbint=1。 jsz=s*csbc。 //計算測量結果 jsz=jsz/2。 } 產生超聲波的子程序： 為了方便程序移置及準確產生超聲波信號，本測距的超聲波產生程序是用匯 編語言編寫的進退聲波產生程序。產生的超聲波個數為 UCSBFS SEGMENT CODE RSEG UCSBFS PUBLIC CSBFS CSBFS: mov R6,8h 。超聲波發(fā)射的完整波形個數：共計四個 here: cpl 。輸出 40kHz 方波 nop nop nop nop nop 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 nop nop nop nop djnz R6,here RET END 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 流程圖如圖 41： 圖 15 超聲波測距子程序流 圖 41 超聲波 測距子程序流程圖 開始 初始化 啟動定時器 測量標志 超聲波測距 距離 上限值 距離 盲區(qū)值 測量段碼轉換 顯示 距離 報警值 報警輸出 顯示值 = CCC 顯示值 = 設定段碼轉換 = 1 = 0 Y N N Y Y N 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 超聲波測距流程圖 如圖 42 圖 42 超聲波測距流程圖 標志 = 1 ？ 發(fā)送超聲波 啟動計時器 T 0 延時避開盲區(qū) 收到回波否 ？ 停止計時 計算測量值 結束 超聲 波測距 大于預設時間？ N Y N N Y Y 北京城市學院 2020 屆畢業(yè)設計論文 5 系統(tǒng)調試與誤差分析 調試步驟 我的步驟是先焊接各個模塊，焊接完每個模塊以后，再進行模塊的單獨測試，以確保在整個系統(tǒng)焊接完能正常的工作，原件安裝完畢后，將寫好程序的AT89S52 機裝到測距板上，通電后將測距板的超聲波頭對著墻面往復移動，看數碼管的顯示結果會不會變化，在測量范圍內能否正常顯示。如果一直顯示 “ ”，則需將下限值增大。本測距板 1s 測 量 45 次，超聲波發(fā)送功率較大時，測量距離遠，則相應的下限值（盲區(qū)）應設置為高值。試驗板中的聲