【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 返回。 （3） 當(dāng)檢測(cè)到有信號(hào)返回時(shí)，IO口ECHO輸出一個(gè)高電平， 高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波發(fā)射有接收信號(hào)的時(shí)間。測(cè)試距離=（聲速（340m/s）*高電平時(shí)間）/2。 HCSR04實(shí)物圖 數(shù)碼管顯示模塊，HCSR04模塊有四個(gè)管腳，其中VCC接5V電源，GND接地線，TRIG觸發(fā)控制信號(hào)輸入，ECHO回響信號(hào)輸出，： HCSR04電氣參數(shù)電氣參數(shù)HCSR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40KHZ最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10181。S的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm。從時(shí)序圖可以看出，只要給觸發(fā)信號(hào)一個(gè)10181。s以上的高電平，HCSR04模塊內(nèi)部就會(huì)自動(dòng)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHZ的脈沖，一旦檢測(cè)到回波信號(hào)就會(huì)輸出回響信號(hào)，回響信號(hào)的脈沖寬度魚檢測(cè)距離成正比。由此就可以通過(guò)發(fā)射超聲波到接收信號(hào)的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物到傳感器的距離。檢測(cè)距離=聲速*高電平持續(xù)時(shí)間/2。 超聲波時(shí)序圖由于HCSR04有一定的反射角和盲區(qū)，因此檢測(cè)距離不因小于它的最小射程，以及所測(cè)物體的表面盡可能光滑平整，以減少誤差。同時(shí)，此模塊不宜帶電連接，否則會(huì)影響模塊的正常工作。若要帶電連接，則先讓模塊的GND端先接地。方案二：采用超聲波接收模塊CX20106A以及超聲波探頭TR40超聲波傳感器的主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它能將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能將其轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分為發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。超聲波探頭如圖7所示。超聲波傳感器的檢測(cè)范圍取決于其使用的波長(zhǎng)和頻率。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，檢測(cè)距離越大，如具有毫米級(jí)波長(zhǎng)的緊湊型傳感器的檢測(cè)范圍為300~500mm，波長(zhǎng)大于5mm的傳感器檢測(cè)范圍可達(dá)到8m。一些傳感器具有較窄的6186。聲波發(fā)射角，因而更適合精確檢測(cè)相對(duì)較小的物體。另一些聲波發(fā)射角在12186。至15186。的傳感器能夠檢測(cè)具有較大傾角的物體。此外，我們還有外置探頭型的超聲波傳感器，相應(yīng)的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)更適合檢測(cè)安裝空間有限的場(chǎng)合。1. 74LS04推挽式超聲波發(fā)射電路74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓+5V，他的內(nèi)部含有6個(gè)s反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷的方式產(chǎn)生40KHZ的方波，發(fā)射電路主要由74LS04反相器和T40超聲波發(fā)射換能器構(gòu)成，一路經(jīng)一級(jí)反相器輸送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反相器輸送到換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽輸出方式通過(guò)超聲波換能器發(fā)射信號(hào)，可以提高超聲波換能器的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，可以提高驅(qū)動(dòng)能力；上拉電阻R10和R11既可以提高74LS04反相器輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，又可以增強(qiáng)超聲波換能器的阻尼效果，減少其自由振蕩時(shí)間。為調(diào)試方便和修改，超聲波發(fā)射模塊和單片機(jī)之間的接口采用排針相連。 74LS04管腳圖 T40超聲波探頭實(shí)物圖 超聲波發(fā)射電路原理圖2. 超聲波接收電路超聲波接收電路主要由專用紅外遙感接收芯片CX20106A和R40超聲波換能器組成。CX20106A有8個(gè)管腳，當(dāng)換能器接收到回波信號(hào)時(shí)，管腳7就會(huì)輸出一個(gè)低電平。（），當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)外部中斷0開(kāi)始中斷，停止定時(shí)器計(jì)時(shí)，算出超聲波發(fā)射到接收信號(hào)的時(shí)間，算出換能器到障礙物之間的距離。CX20106A是一塊8腳單列直插式超小型塑封結(jié)構(gòu)的IC，： CX20106A各引腳號(hào)功能管腳號(hào)符號(hào)管腳功能1IN遙控信號(hào)輸入端2C1RC網(wǎng)絡(luò)連接端3C2檢波電容連接端4GND接地端5f0帶通濾波中心頻率設(shè)置端6C3積分電容連接端7OUT遙控指令信號(hào)輸出端8VCC供電電源端CX20106A的第5管腳的電阻決定接受的中心頻率，200K的電阻決定了接收的中心頻率為40KHZ，使用CX20106A存在一些優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易用，電路簡(jiǎn)單，減少了生產(chǎn)調(diào)制的麻煩。缺點(diǎn)：必須保證接收到的信號(hào)為40KHZ，否則無(wú)法解調(diào)。 CX20106A管腳圖： 超聲波接收電路原理圖HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊與用T： HCSR04模塊與TR40和CX10206A模塊對(duì)比HCSR04模塊TR40和CX10206A模塊精度≥3mm≥1cm最遠(yuǎn)射程4m2~3m最近射程2cm10cm測(cè)量角度15176。成本17元24元，使用HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊成本低、精度高、射程遠(yuǎn)；同時(shí)由于使用CX20106A芯片和TR40制成的超聲波發(fā)射接收模塊，必須保證接收到的信號(hào)為40KHZ，否則無(wú)法解調(diào)出來(lái)，即無(wú)法計(jì)算出距離。HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊就解決了這個(gè)問(wèn)題，其發(fā)射信號(hào)的頻率比較穩(wěn)定，發(fā)射超聲波的個(gè)數(shù)比較合理。其次，使用HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊編程很簡(jiǎn)單，只需給TRIG一個(gè)10181。S以上的高電平即可發(fā)射出頻率為40KHZ的超聲波，調(diào)試簡(jiǎn)單；而用方案二制成的超聲波發(fā)射接收模塊編程則相對(duì)復(fù)雜，而且發(fā)射出的超聲波頻率不夠穩(wěn)定，與程序和硬件皆有關(guān)系，調(diào)試時(shí)相對(duì)麻煩。綜上各優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收，即使用HCSR04超聲波發(fā)射接收模塊。 聲光報(bào)警模塊 聲光報(bào)警電路主要由一個(gè)有源蜂鳴器、兩個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)PNP三極管等組成。D1表示綠色發(fā)光二極管，D2表示紅色發(fā)光二極管。當(dāng)障礙物到傳感器的距離小于預(yù)置距離時(shí)，使紅色發(fā)光二極管閃爍，使三極管的發(fā)射極與基極導(dǎo)通，有足夠使蜂鳴器發(fā)出聲音的頻率電流流過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器響，從而實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警提示。 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位的原理是在時(shí)鐘電路開(kāi)始工作后，在單片機(jī)的RST施加兩個(gè)時(shí)鐘周期以上高電平的震蕩脈沖，單片機(jī)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的ALE和引腳均輸出為高電平。單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位、手動(dòng)加上電復(fù)位、看門狗復(fù)位等電路，各復(fù)位電路如下：1. 上電復(fù)位電路利用RC電路的充放電效應(yīng)即為上電復(fù)位的基本原理。當(dāng)系統(tǒng)上電后，復(fù)位電路給RST引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)隨電容的充電而逐漸降低，高電平持續(xù)時(shí)間和RC電路的充放電時(shí)間有關(guān)。2. 手動(dòng)加上電復(fù)位電路本設(shè)計(jì)就是使用手動(dòng)加上電復(fù)位電路，因?yàn)樵趯?shí)踐應(yīng)用中，使用此復(fù)位電路既可以手動(dòng)復(fù)位又可以上電復(fù)位電路，這樣就可以人工復(fù)位系統(tǒng)，上電復(fù)位電路的部分原理也是利用RC電路的充電效應(yīng)。當(dāng)按鍵開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，VCC通過(guò)一個(gè)電阻連接到RST引腳，給它一個(gè)高電平信號(hào)，按鍵松開(kāi)時(shí)，RST恢復(fù)為高電平，復(fù)位完成。3. 定時(shí)監(jiān)視器復(fù)位定時(shí)監(jiān)視器復(fù)位的原理是采用單片機(jī)內(nèi)部的看門狗來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位的操作。 聲光報(bào)警電路 上電復(fù)位原理圖 DS18B20溫度補(bǔ)償電路DS18B20溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的采用1Wire總線技術(shù)的典型產(chǎn)品。它可以將被測(cè)溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此單片機(jī)可以方便地通過(guò)串行總線實(shí)現(xiàn)讀取。由于1Wire具有成本低、節(jié)省I/O口、抗干擾能力強(qiáng)、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn)。DS18B20通過(guò)編程后，可以實(shí)現(xiàn)9~12位的溫度度數(shù)。 上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位原理圖1. DS18B20的工作性能如下:●1Wire數(shù)據(jù)通信?！窨捎脭?shù)據(jù)線供電，電壓范圍3~?！褡罡?2位分辨率?！?2位分辨率時(shí)的最大工作周期為750ms?！窨蛇x擇寄生工作方式?！駲z測(cè)溫度范圍為55℃~+125℃?！癖粶y(cè)溫度在10℃~+85℃時(shí)，精度為177?！?。●內(nèi)置E2PROM，限溫報(bào)警功能?！?4位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接?！穹庋b形式多樣?！褙?fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不回?zé)龤А? DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)溫原理，它主要包括寄生電源電路、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余效驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部份。DS18B20是通過(guò)一種片上溫度測(cè)量的技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度的。測(cè)溫電路初始工作時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置位55℃，同時(shí)計(jì)數(shù)器1也被預(yù)置與55℃相對(duì)應(yīng)的預(yù)置數(shù)。然后，計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開(kāi)始減計(jì)數(shù)直至減至0時(shí)，溫度寄存器的溫度 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20測(cè)溫電路方框圖 （a） (b) (c) （a）三引腳T092DS18B20 (b)8引腳181。SOP DS18B20 （c）8引腳150milSO DS18B20值就會(huì)加1℃，這時(shí)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也改為由斜率累加器來(lái)提供。此后，溫度寄存器的數(shù)值是隨計(jì)數(shù)器1的工作不斷修改的，只有當(dāng)計(jì)數(shù)器2的預(yù)置數(shù)減到0時(shí)，溫度寄存器的溫度值才會(huì)停止變化。 DS18B20的封裝形式及引腳功能DS18B20有8引腳SO封裝、8引腳181。SOP封裝以及3引腳T092封裝三種形式。：。 DS18B20對(duì)ROM的操作命令 引腳號(hào)（T092）引腳名稱引腳功能1GND接地2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出引腳3VDD可選VDD引腳，當(dāng)工作在寄生電源時(shí)，該引腳接地 DS18B20的供電方式DS18B20可以采用兩種供電方式，即外部供電方式和寄生電源供電方式。當(dāng)采用外部供電方式時(shí)。，但GND必須接地。此時(shí)，DS18B20的VDD引腳必須接地。同時(shí)，為了使DS18B20得到足夠的工作電流，應(yīng)給1Wire提供一個(gè)強(qiáng)上拉，一般可以用一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管將I/O線直接拉到電源上。DS18B20從1Wire單總線上汲取能量，當(dāng)信號(hào)線DQ處于高電平時(shí)把能量存儲(chǔ)在內(nèi)部電容里，當(dāng)信號(hào)線DQ處于低電平時(shí)消耗電容存儲(chǔ)的能量，直到高電平到來(lái)，再給DS18B20內(nèi)部的寄生電源充電。值得注意的是，當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí)，則不推薦使用寄生電源供電方式，應(yīng)采用外部電源供電方式。 DS18B20外部供電方式 DS18B20寄生電源供電方式 溫度補(bǔ)償電路原理圖本設(shè)計(jì)采用外部供電方式。其編寫程序步驟如下：（1） DS18B20初始化；（2） 操作指令讀；（3） 操作指令寫；（4） 溫度轉(zhuǎn)換；（5） 讀取溫度值。 +5V電源模塊本設(shè)計(jì)的電源時(shí)通過(guò)一個(gè)變壓器將220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?2V交流電，然后通過(guò)制成的+5V電源電源電路，經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓，最后輸出所需的+5V電壓。 +5V電源電路 第4章 軟件設(shè)計(jì)在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用中，除了匯編語(yǔ)言外，還可以用C語(yǔ)言。單片機(jī)C語(yǔ)言既有匯編語(yǔ)言操作底層硬件的能力，又有高級(jí)語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)主要采用C語(yǔ)言編寫。本章節(jié)主要講述本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)各模塊程序的編寫。眾所周知，匯編語(yǔ)言是一種面向機(jī)器的程序語(yǔ)言，指令執(zhí)行速度快，執(zhí)行時(shí)間固定，故其效率很高，但其語(yǔ)言格式比較晦澀、可讀性差、難以編寫和調(diào)試，也不便于移植。而單片機(jī)C語(yǔ)言在結(jié)構(gòu)上更易于理解，可讀性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)速度快、可靠性好、便于移植。雖然