【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用材料是壓電式陶瓷。由于超聲波在空氣傳播時(shí)會(huì)有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇高頻率的傳感器，而長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。 超聲波接收傳感器選型超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)為。工作頻率：工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。工作溫度：由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。靈敏度：主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。因此超聲波接受傳感器應(yīng)該應(yīng)用集成電路CX20226A，CX20226A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz 較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路(如圖 23)。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20226A接收超聲波(無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容CS的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。此部分電路在集成芯片上。 顯示單元選型顯示單元是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)時(shí)使用的主要設(shè)備之一，它可將計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果、中間結(jié)果、存儲(chǔ)器地址以及存儲(chǔ)器、寄存器中的內(nèi)容顯示出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。10可以做顯示器的有：LED,LCD,CRT 等。CRT 就是常見的顯像管式的顯示器。優(yōu)點(diǎn)是顏色視覺效果好，視角寬，可靠性高，便宜；缺點(diǎn)是體積大耗電多，有微量的 X射線輻射。LED 就是發(fā)光二極管。 LED 一般適合做大屏幕的顯示設(shè)備，最突出的有點(diǎn)那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如顯色性、對(duì)比度等都不如 CRT 顯示器。但是考慮到本設(shè)計(jì)需要顯示測(cè)量距離，補(bǔ)償溫度以及危險(xiǎn)，保持 ，安全等警告信號(hào)。所以選擇采用 12864 液晶模塊。 語(yǔ)音播報(bào)電路選型語(yǔ)音播報(bào)語(yǔ)音芯片有很多種，例如WT1380、WT588D等。WT1380具有多種報(bào)警功能，定時(shí)器功能，時(shí)鐘輸出功能，中斷輸出功能以及語(yǔ)音播報(bào)功能。它的語(yǔ)音功能和萬(wàn)年歷功能可以同時(shí)工作，主頻采用RC振蕩， 晶振精確分頻?？梢杂?jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，并可以將時(shí)間信息反饋給主控單片機(jī)。因而，WT1380是一款性價(jià)比極高的語(yǔ)音時(shí)鐘芯片。但是本設(shè)計(jì)不要求芯片有可以計(jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息的復(fù)雜功能。所以播報(bào)電路采用WT588D系列的集單片機(jī)和語(yǔ)音電路于一體的可編輯語(yǔ)音芯片。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來(lái)的集單片機(jī)和語(yǔ)音電路于一體的可編輯語(yǔ)音芯片。功能多音質(zhì)好應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)了以往各類語(yǔ)音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷，MP3 控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴(kuò)展輸出模式，讓應(yīng)用人員能將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象得到的場(chǎng)所。WT588D是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語(yǔ)音單片機(jī)芯片。WT588D讓語(yǔ)音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機(jī)電路，高度集成的單片機(jī)技術(shù)足于取代復(fù)雜的外圍控制電路。 溫度傳感器的選型大家知道，聲音在不同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。11溫度傳感器有很多種，例如溫度傳感器AD590。AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。AD590的測(cè)溫范圍為55℃ ～+150℃。AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。輸出電阻為710WM 。它的精度高。AD590共有I、J、 K、L、M五檔，其中M 檔精度最高，在55 ℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177?！?。但是考慮到成本問題我選用 TS18B20 數(shù)字溫度傳感器。該產(chǎn)品采用美國(guó)DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 至 無(wú)需備用電源測(cè)量。溫度范圍為55176。 C 至+125℃ 。10176。C 至+85 176。C 范圍內(nèi)精度為177。176。C 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字格式最大值為 750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng)。12第 3 章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路、溫度補(bǔ)償電路、無(wú)線傳輸、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接受電路五部分。單片機(jī)采用AT89C51 或其兼容系列。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40KHz 的方波信號(hào)，利用外部中斷 1 口檢測(cè)超聲波接受電路輸出的返回信號(hào)。顯示單元部分采用 12864 液晶模塊。 單片機(jī)最小系統(tǒng)其作用主要是為了保證單片機(jī)系統(tǒng)能正常工作。如圖 所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和 +5V 電源組成。在外部振蕩電路中，單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 管腳分別接至由 12MHZ 晶振和兩個(gè) 30PF 電容構(gòu)成的振蕩電路兩側(cè)，為電路提供正常的時(shí)鐘脈沖。在復(fù)位電路中，單片機(jī)RESET 管腳一方面經(jīng) 20 F 的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，另一方面經(jīng)開關(guān) s 接電源。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，是單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，除了進(jìn)入系統(tǒng)的初始化之外，當(dāng)由于程序出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。因此，復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。13圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 中晶振 Y1 串聯(lián) CC11，并在 C10 和 C11 之間接地，單片機(jī)通電之后即可運(yùn)行。當(dāng)按下 S5 按鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。 超聲波發(fā)射電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振 [5]，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。表 反相器 74LS04 參數(shù)最大額定值電源電壓 to +DC 輸入電壓 to Vcc+直流輸出電壓 to Vcc+鉗位二極管電流 177。20mA直流輸出電流，每個(gè)引腳（輸出） 177。25mA功耗 600mW發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，如圖 所示，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻 RR3 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)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(shí)間。14圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢測(cè)接收電路超聲波接收電路CX20226A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20226A接收超聲波( 無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C16 的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。CX20226A的引腳注釋：1腳IN ：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k Ω。2腳AGC ：該腳與GND之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R=，C= [7]。3腳C0：該腳與GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作。4腳GND：接地端。5腳RC0 ：該腳與電源端VCC接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，15阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時(shí)，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0 ≈38kHz。6腳C：該腳與 GND之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳OUT：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kΩ ，沒有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。8腳RC1 ：電源正極，～5V 。當(dāng) CX20226 接收到40KHz的信號(hào)時(shí)，