【文章內容簡介】 精度：10℃~85℃范圍內177?！?；6) 無需外部元件，獨特的一線接口，電源和信號復合在一起；7) 每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。圖32 DS18B20溫度傳感器 TR40超聲波傳感器簡介 超聲波傳感器的基本介紹超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。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。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。 超聲波傳感器的主要應用超聲波傳感技術應用在生產實踐的不同方面，而醫(yī)學應用是其最主要的應用之一，下面以醫(yī)學為例子說明超聲波傳感技術的應用。超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學原理，我們來看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個方法是利用超聲波的反射。當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面是，在該界面就產生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。在工業(yè)方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感技術的出現(xiàn)改變了這種狀況。當然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。在未來的應用中，超聲波將與信息技術、新材料技術結合起來，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。所以超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應用在物位（液位）監(jiān)測，機器人防撞，各種超聲波接近開關，以及防盜報警等相關領域，安裝方便，工作可靠，防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。 LM567鎖相環(huán) LM567的概述LM567 為通用鎖相環(huán)電路音調譯碼器，LM567的內部電路及詳細工作過程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567的3腳輸入幅度25mV、頻率在其帶寬內的信號時，8腳由高電平變成低電平，2腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的2腳輸入音頻信號，則在5腳輸出受2腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。LM567鎖相環(huán)如圖33所示。圖33 LM567鎖相環(huán) LM567的功能敘述 1腳和2腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡。2腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。 1腳所接電容的容量應至少是2腳電容的2倍。 3腳是輸入端，要求輸入信號25mV。5腳和6腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率。 8腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。~9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。 LM567主要參數(shù)工作溫度范圍：0176。C ~ +70176。C SVHC(高度關注物質)：No SVHC (18Jun2010) 封裝類型：SOP 電源電壓最大：9V電源電壓最?。? 表面安裝器件：表面安裝帶座封裝形式：SOP 最高頻率：500kHz電源電流：10mA 輸入電壓最大：9V輸出數(shù)：1 輸出電壓最大：1V 輸出電流最大： 針腳數(shù)：8第4章 硬件電路設計 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖41所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T40構成，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上位電阻RR2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。 圖41 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路組成。超聲波傳感器接收到的反射波信號非常微弱，兩級放大電路用于對傳感器接收到的信號進行放大。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號后向單片機發(fā)出中斷請求。鎖相環(huán)LM567內部壓控振蕩器的中心頻率為，鎖定帶寬與C3有關。由于發(fā)送的超聲波頻率為40kHz，幫調整相關元件使鎖相環(huán)的中心頻率為40kHz，只響應該頻率的信號，避免了其他頻率信號的干擾。當超聲波傳感器接收到超聲波信號后，送入兩級放大器放大，放大后的信號進入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為40kHz，單片機檢測到低電平后停止定時器的工作。超聲波接收電路如圖42第4章 硬件電路設計 所示。 圖42 超聲波接收電路 顯示電路顯示電路如圖43，四位LED組成動態(tài)掃描電路，由AT89C51的P0口輸出。動態(tài)掃描時，由P2口控制LED的當前顯示位。當距離測量結束并調用顯示程序，就會顯示距離大小，顯示兩位小數(shù)。當按下按鍵S1時，將會顯示溫度值，延時5s后恢復顯示距離值。圖43 顯示電路 電源電路 電源電路如圖44所示。為方便起見，本設計采用的是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。LED是電源指示燈，通電后發(fā)光。 圖44 電源電路 復位電路AT89C51復位有一個專用的外部引腳RESET，外部可通過此引腳輸入一個正脈沖使單片機復位。所謂復位，就是強制單片機系統(tǒng)恢復到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開始工作。本設計采用的是電平式開關與上電復位電路，為了能使運行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預，強制系統(tǒng)進行復位。其電路圖如45所示。圖45 復位電路 時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地作。（1）時鐘信號的產生單片機內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在5pF~30pF,典型值為30pF。晶振的頻率通常選擇兩種6MHz和12MHz。只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。（2） 時鐘振蕩電路如圖46所示： 圖46 時鐘振蕩電路第5章 軟件設計 主程序流程超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。圖51為主程序流程圖。NYNYNYYN開始系統(tǒng)初始化顯示測量距離測溫,根據(jù)溫度和時間計算距離顯示溫度5s發(fā)射超聲波，T1計時K2閉合？T1停止定時,保存定時值N接收到反射波？K1閉合？K3閉合？圖51 主程序流程圖 第5章 軟件設計 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，則開始測量空氣溫度，使定時器T0開始定時，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時使定時器T1開始定時。，立即使T1停止工作，保存定時器的計數(shù)值。然后根據(jù)溫度和傳輸時間計算距離，溫度補償措施使測量精度有了明顯提高，計算出距離后調用距離顯示子程序，LED顯示距離。最后檢測按鍵K2，若K2閉合，則調用溫度顯示子程序，LED顯示溫度（溫度并非測量距離時用于補償?shù)臏囟龋钱斍皽囟龋?s后恢復顯示本次測量距離；若按鍵K2沒有閉合，則顯示器恒定顯示最新一次的測量結果；若要進行下一次測量，則先要按下K3重新開始，再按下按鍵K1才執(zhí)行新一次測量。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤只設置了3個按鍵，用于開始測量距離并顯示溫度功能設置等。 子程序設計 超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數(shù)器T1打開進行計時，定時器T1工作在方式0。 超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T1停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T1溢出中斷將外中斷1關閉，并將測距成功標志字賦值0表示此次測距不成功。定時器初始化發(fā)射超聲波 開計時器停止發(fā)射返回 圖52 超聲波發(fā)射程序T0中斷服務程序如下：sbit send=P1^0。void timer0(void)interrupt 1 { send=!send。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。} 關定時器關中斷讀取時間值返回 圖53 外中斷服務程序超聲波接收（外部中斷1）程序：void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。amp。TH0!=0x00) { b=1。 TR1=0。 TR0=0。 t=TH1*256+TL1。 t=t/1000000。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } else { b=0。 TR1=0。 TR0=0。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } } 測溫子程序測溫的主要器件是DS18B20，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，DS18B20中有兩個存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM，用11位存貯溫度值，最高位（5位）為符號位。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。表54為DS18B20的溫度存儲方式： 表54 DS18B20的溫度存儲方式 LS Bytebit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit02322212021222324MS Bytebit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8SSSSS262524 負溫度時S=1，正溫度時S=0。因此我們只需要逐位讀出它的溫度就可以了。讀出一個字節(jié)C代碼如下： uchar readbyte(void) //直接讀一字節(jié)程序{ uchar i,k。 i=8。 k=0。 while(i) { tem_in=1。 delay_us(1)。 tem_in=0。 k=k1。 tem_in=1。 NOP。 if(tem_in)k |= 0x80。 //tem_in為1時，則該位也為1 delay_us(4)。 } return(k)。}開始 初始化18B20 應答脈沖 NO 發(fā)起Skip rom命令 YES 發(fā)起Cover T命令延時1S 等待溫度轉換完成