【文章內(nèi)容簡介】 00cm 分別對應三種不同頻率。距離越小頻率越高，當小于 10cm 或超過 100cm 蜂鳴器常響。蜂鳴器電路如圖 所示。1KR7LS3SpeakerQ69013VCCP31上上上圖 蜂鳴器電路 軟件部分 系統(tǒng)軟件設計說明進行測量控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個測量對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機測量控制系統(tǒng)設計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件設計更為重要。在單片機測量控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按12一定的方法進行計算，然后再輸出，以便達到測量控制目的。本軟件設計主要是對距離進行測量、顯示。因此，整個軟件可分為按照硬件電路對單片機位定義；發(fā)射子程序；接收子程序；顯示子程序；延時子程序等。 編程語言的選擇本設計是硬件電路和軟件編程相結合的設計方案，選擇合適的編程語言是一個重要的環(huán)節(jié)。在單片機的應用系統(tǒng)程序設計時，常用的是匯編語言和 C 語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器碼的一種語言。其主要優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高,而且執(zhí)行速度快。但是不同的 CPU，其匯編語言可能有所差異，即依賴于計算機硬件，程序可讀性和可移植性比較差。C 語言是編譯型程序設計語言，兼顧高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術。此外，C 語言程序具有完善的模塊程序結構。C 語言執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運算豐富，表達化類型多樣化，數(shù)據(jù)結構類型豐富，具有結構化的控制語句，程序設計自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特點。基于 C 語言的眾多優(yōu)點本設計選擇此語言來編程。 超聲波測距儀的算法設計圖 示意了超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲渡信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式為： L=s/2=(V△T)/2 (1)其中，L 為被測物與測距儀的距離，s 為聲波的來回的路程，V 為聲速，△T 為聲波來回所用的時間。圖 超聲波測距原理圖由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V 與溫度有關，表 列出了幾種不同溫度下13的超聲波聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。表 不同溫度下超聲波聲速表溫度/℃ 30 20 10 0 10 20 30 100聲速V/(ms1) 313 319 325 323 338 344 349 386在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。 主程序流程圖軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結果的輸出等工作。如圖 、圖 、圖 所示。 開始單片機初始化定時中斷子程序有回波嗎 ？外部中斷子程序YN主程序流程圖定時中斷入口定時器初始化發(fā)射超聲波停止發(fā)射返回讀取時間值計算距離結果輸出開外部中斷返回關外部中斷外部中斷入口圖 主程序 圖 定時中斷服務子程序 圖 外部中斷服務子程序14主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P1 和 P3 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。由于采用的是 12 MHz 的晶振，計數(shù)器每計 一個數(shù)就是 1μs，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）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20℃時的聲速為 344 m/s 則有： L=(V△T)/2=172T0/10000cm (2)其中，T0 為計數(shù)器 T0 的計算值。 測出距離后結果將以十進制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個左右超聲波脈沖信號（頻率約40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs 左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準確，所以采用匯編語言編程。超聲波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 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T0 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 T0 溢出中斷將外中斷 0 關閉，并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（T 發(fā)射）和 TCT4010S1（R 接收） ，中心頻率為 40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C8 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適15應不同距離的測量需要。根據(jù)所設計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為～，測距儀最大誤差不超過 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。4. 結果與結論 結果設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離，以數(shù)字的形式顯示測量距離。它的硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、系統(tǒng)電源、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路四部分。單片機采用 AT89S52，采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 端口輸出超聲波換能器所需的40kHz 的方波信號，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用單片機直接驅(qū)動，位碼用 NPN 三極管 9013驅(qū)動。實現(xiàn)測距，并且在數(shù)碼管上顯示距離。同時不同距離段，蜂鳴器頻率不同。超聲波測距器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。 超聲波測距的算法設計原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。經(jīng)過實驗表明，這套系統(tǒng)軟硬件設計合理、抗干擾