【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 境的溫度來修正聲速?？諝庵械穆曀倥c溫度的關(guān)系近似用下式表示： V=+ m/s T－℃ 此外，準(zhǔn)確的測(cè)量目標(biāo)還要能夠精確的計(jì)算出超聲波傳播的時(shí)間，顯然能夠確定的時(shí)間的單位越小越好，本系統(tǒng)采用的單片機(jī)的定時(shí)器0來計(jì)算時(shí)間，單片機(jī)采用12M 的晶振，那么本系統(tǒng)可精確到1US 的最小時(shí)間單位，顯然這已經(jīng)能夠完全地滿足我們的設(shè)計(jì)要求。超聲波測(cè)距系統(tǒng)的總電路的組成部分有：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路，超聲波發(fā)射電路，超聲波接受電路，測(cè)溫電路，液晶顯示電路以及報(bào)警電路等共同組成。單片機(jī)控制電路負(fù)責(zé)發(fā)生40K的方波信號(hào)，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(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波換能器。再由超聲波接受回來，此時(shí)，就可利用單片機(jī)定時(shí)出發(fā)射和接收的時(shí)間差。那么單片機(jī)就可計(jì)算出實(shí)際的距離，并將其顯示出來。具體的硬件原理框圖如下： 微控制器顯示報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大整型發(fā)生器接收器四、 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件組成 單片機(jī)控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為核心，結(jié)合其本身的一些外圍器件構(gòu)成。STC89C52單片機(jī)是一款應(yīng)用很普及的89系列的單片機(jī)，該單片機(jī)具有四個(gè)8位的I/O口，內(nèi)部集成了8K的程序存儲(chǔ)器，兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)定時(shí)器，支持串口的程序下載，具有應(yīng)用簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)。因此我們選用這一型號(hào)的單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的晶振頻率為12M，這樣有利于我們更準(zhǔn)確地計(jì)算超聲波的往返時(shí)間，是后面距離精確計(jì)算的基礎(chǔ)。 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(jí)用74LS04非門輸出正反相的40KHz方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)MAX232后實(shí)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(dòng)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(cè)量到比較遠(yuǎn)的距離，同時(shí)用這個(gè)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(gè)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(duì)超聲波回波信號(hào)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CX20106A（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(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)減少了生產(chǎn)調(diào)試的麻煩，因此我們采用這個(gè)接收方案。CX20106A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(dòng)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(qiáng)，所以我們采用這個(gè)方案作為接收電路。 圖3：基于CX20106A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(gè)字符，完全可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。它獨(dú)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(jià)格便宜的特點(diǎn)，是很好的顯示設(shè)備。同時(shí)，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(jì)成本上的需要，我們采用了這個(gè)顯示方案。 圖4：1602液晶顯示模塊 溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)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(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)。DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn)（1）、只要求一個(gè)I/O 口即可實(shí)現(xiàn)通信。（2）、在DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。（3）、實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。（4）、測(cè)量溫度范圍在－55 到＋125攝氏度之間。（5）、數(shù)字溫度計(jì)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(hào)；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(shí)，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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S52 單片機(jī)來說，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)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(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)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(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)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(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)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(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)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:.在溫度檢測(cè)時(shí)，無需強(qiáng)上拉。 圖5：基于DS18B20的溫度檢測(cè)電路五、 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(duì)使用者的高級(jí)語言，它通俗易懂，書寫方便，給我們的編程設(shè)計(jì)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(yùn)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，再輸出13US的低電平，循環(huán)15次便可發(fā)射15個(gè)頻率為40K的方波信號(hào)，此后單片機(jī)馬上啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)后，CPU開放中斷。當(dāng)中斷產(chǎn)生后，馬上關(guān)閉定時(shí)器，并由單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，并將計(jì)算結(jié)果顯示出來。以下是程序設(shè)計(jì)的流程圖：開始系統(tǒng)初始化發(fā)射方波脈沖計(jì)時(shí)中斷數(shù)據(jù)處理報(bào)警執(zhí)行報(bào)警LCD顯示返回結(jié)束程序設(shè)計(jì)見附錄三六、 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果分析對(duì)多種測(cè)試物體進(jìn)行測(cè)試： 測(cè)試物體一：紙箱 48cm*46cm。 測(cè)試物體二：木板 43cm*35cm 測(cè)試物體三：銅板 36cm*34cm 測(cè)試物體四：硬塑料板 40cm*33cm距離測(cè)試：測(cè)試一： 測(cè)試地點(diǎn)：男生宿舍24205 測(cè)試時(shí)間：3月25日 10：0011:00 實(shí)際測(cè)試距離范圍：— 測(cè)試者：劉振河、王坤單位：cm測(cè)試物體紙箱木板銅板硬塑料測(cè)試距離123123123123202020212121212120212121211001011011019999991009999100100100250244244243244245245244245244244244244500498498498499499499501501502測(cè)試二： 測(cè)試地點(diǎn)：信息與通信學(xué)院創(chuàng)新基地 測(cè)試時(shí)間：3月25日 12：0013:00 實(shí)際測(cè)試距離范圍：— 測(cè)試者：劉振河、王坤單位：cm 測(cè)試物體紙箱木