【文章內(nèi)容簡介】 波測距系統(tǒng)的總電路的組成部分有：單片機控制電路，超聲波發(fā)射電路，超聲波接受電路，測溫電路，液晶顯示電路以及報警電路等共同組成。單片機控制電路負(fù)責(zé)發(fā)生 40K 的方波信號，經(jīng)一反向器器后分別送到 MAX232 的兩 TTL電平輸入端，然后產(chǎn)生 +/9V的方波信號驅(qū)動超聲波換 能器。再由超聲波接受回來，此時，就可利用單片機定時出發(fā)射和接收的時間差。那么單片機就可計算出實際的距離，并將其顯示出來。具體的硬件原理框圖如下： 四、 超聲波測距系統(tǒng)的硬件組成 單片機控制系統(tǒng) 單片機控制系統(tǒng)以單片機 STC89C52 為核心，結(jié)合其本身的一些外圍器件構(gòu)成。 STC89C52 單片機是一款應(yīng)用很普及的 89 系列的單片機，該單片機具有四個 8 位的 I/O 口，內(nèi)部集成了 8K 的程序存儲器，兩個外部中斷，兩個定時器，支持串口的程序下載，具有應(yīng)用 簡單，操作簡便，價格便宜等許多優(yōu)點。因此我們選用這一型號的單片機作為控制器。單片機的晶振頻率為 12M，這樣有利于我們更準(zhǔn)確地計算超聲波的往返時間，是后面距離精確計算的基礎(chǔ)。 微控制器 顯示 報警 信號產(chǎn)生驅(qū)動 信號放大整型 發(fā)生器 接收器 圖一：超聲波控制電路 超聲波發(fā)射電路 超聲波發(fā)射電路采用 基于 MAX232 的方波發(fā)射電路，電路的前級用74LS04 非門輸出正反相的 40KHz 方波信號驅(qū)動 MAX232 后 實現(xiàn)從 TTL 電平到RS232 電平的 DCDC 轉(zhuǎn)換 ，輸出 +/9V 的電壓方波，驅(qū)動超聲波換能器，電路圖如下圖 2 所示 。由于發(fā)射到換能器的電壓高，波形完整，因此可以達(dá)到很高 的發(fā)射功率與效率，可以測量到比較 遠(yuǎn)的距離，同時用這個電路發(fā)射方波，電路工作穩(wěn)定，電路功耗很小，也適合單電源供電。所以我們采用這個方案作為發(fā)射電路。 圖 2：基于 MAX232 的超聲波發(fā)射電路 超聲波接受電路 超聲波接收電路 采用集成接收芯片對超聲波回波信號進(jìn)行放大與整形，在這里我們采用 SONY 公司生產(chǎn)的紅外接收專用芯片 CX20216A（電路如圖 3 所示），由于它的接收頻率在 40KHz 左右，而且它的外部電路簡單易于實現(xiàn)，同時減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩， 因此我們采用這個接收方案 。 CX20216A 內(nèi)部集成了前置放大與限幅放大，總增益可達(dá) 80dB，帶通濾波電路，峰值檢波，噪聲抑制電路，自動增益控制電路和波形整形電路。可以通過調(diào)整外部的電容 C2 調(diào)整它的接收靈敏度，調(diào)整外部電阻 R6 可以的調(diào)整它的接收中心頻率與增益，它工作穩(wěn)定，靈敏度高，功耗小，接收回波能力強，所以我們采用這個方案作為接收電路。 圖 3：基于 CX20216A 的超聲波接受電路 LCD 液晶顯示電路 LCD 液晶顯示電路采用 LCD1602 液晶顯示模塊 ，它可以顯示 2 行 *16 個字符，完全可以滿足我們的設(shè)計要求。 它獨有的藍(lán)色背光電路可以在環(huán)境光線較弱的條件下應(yīng)用，顯示清晰，顏色靚麗，價格便宜的特點，是很好的顯示設(shè)備。同時，還能夠根據(jù)情況來調(diào)節(jié)顯示的亮度。由于本系統(tǒng)可以不用顯示漢字，介于設(shè)計成本上的需要，我們采用了這個顯示方案。 圖 4： 1602 液晶顯示模塊 溫度檢測模塊 檢測模塊是以 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 為核心， 它 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它 來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計。 DS18B20 產(chǎn)品的特點（ 1）、只要求一個 I/O 口即可實現(xiàn)通信。（ 2）、在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。（ 3）、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。（ 4）、測量溫度范圍在－ 55 到＋ 125 攝氏度之間。（ 5）、數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。（ 6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 GND 地信號； DQ 數(shù)據(jù)輸入出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄 生電源下，也可以向器件提供電源； VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 的使用方法。由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S52 單片機來說，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。由于 DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始 化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 本系統(tǒng)采用外部電源供電方式 ,即 :DS18B20 的 1腳和 3腳分別接地和 VCC 電源 .2 腳接一個 5K 的上拉電阻到 . 在溫度檢測時，無需強上拉。 圖 5：基于 DS18B20 的溫度檢測電路 五、 超聲 波測距系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了目前比較流行的編程語言－ C語言，由于 C語言是面對使用者的高級語言，它通俗易懂，書寫方便，給我們的編程設(shè)計帶有很大的方便，我們的編程速度與效率與得到了很大的提高。尤其是在數(shù)據(jù)運算處理方面，C語言顯示出了巨大的優(yōu)越性。 程序首先要初始化要用到的寄存器，內(nèi)存單元，設(shè)置中斷觸發(fā)方式，并初始 DS18B20 和 1602 液晶模塊，然后控制 口輸出 12US 的高電平，再輸出 13US的低電平，循環(huán) 15 次便可發(fā)射 15 個頻率為 40K 的方波信號，此后單片機馬上啟動定時器計時，經(jīng)過一 段時間的延時后， CPU開放中斷。當(dāng)中斷產(chǎn)生后，馬上關(guān)閉定時器，并由單片機處理數(shù)據(jù)，并將計算結(jié)果顯示出來。以下是程序設(shè)計的流程圖： 程序設(shè)計見附錄三 開始 系統(tǒng)初始化 發(fā)射方波脈沖 計時 中斷 數(shù)據(jù)處理 報警 執(zhí)行報警 LCD 顯示 返回 結(jié)束 六、 超聲波測距系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)和測試結(jié)果分析 對多種測試物體進(jìn)行測試： 測試物體一：紙箱 48cm*46cm。 測試物體二：木板 43cm*35cm 測試物體三：銅板 36cm*34cm 測試物體四：硬塑料板 40cm*33cm 距離 測試： 測試一： 測試地點：男生宿舍 24205 測試時間： 3 月 25 日 10： 0011:00 實際測試距離范圍： — 測試者：劉振河、王坤 單位： cm 測試物體 紙箱 木板 銅板 硬塑料 測試距離 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 20 20 20 21 21 21 21 21 20 21 21 21 21 100 101 101 101 99 99 99 100 99 99 100 100 100 250 244 244 243 244 245 245 244 245 244 244 244 244 500 498 498 498 499 499 499 501 501 502 測試二： 測試地點：信息與通信學(xué)院創(chuàng)新基地 測試時間： 3 月 25 日 12： 0013:00 實際測試距離范圍： — 測試者：劉振河、王坤 單位： cm 測試物體 紙箱 木板 銅板 硬塑料 測試距離 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 20 20 19 19