【文章內(nèi)容簡介】 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，準確的測量目標還要能夠精確的計算出超聲波傳播的時間，顯然能夠確定的時間的單位越小越好，本系統(tǒng)采用的單片機的定時器0來計算時間，單片機采用12M 的晶振，那么本系統(tǒng)可精確到1US 的最小時間單位，顯然這已經(jīng)能夠完全地滿足我們的設(shè)計要求。超聲波測距系統(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： 微控制器顯示報警信號產(chǎn)生驅(qū)動信號放大整型發(fā)生器接收器四、 超聲波測距系統(tǒng)的硬件組成 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)。 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，因此可以達到很高的發(fā)射功率與效率，可以測量到比較遠的距離，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。CX20106A內(nèi)部集成了前置放大與限幅放大，總增益可達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?？梢酝ㄟ^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個字符，完全可以滿足我們的設(shè)計要求。它獨有的藍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)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(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:.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，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：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)束程序設(shè)計見附錄三六、 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123123123123202020212121212120212121211001011011019999991009999100100100250244244243244245245244245244244244244500498498498499499499501501502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