【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求，如要超聲波可以測(cè)量的最大距離為 6M，本次設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)量范圍為 03M。對(duì)于超聲波傳感器這樣在室外工作的物體，為了有效的減少各種干擾。我們要選擇靈敏度高的，可靠性好的超聲波傳感器。在本次設(shè)計(jì)中我們選用 UCMR40KI 、UCMT40KI (R 表示接收傳感器，T 表示發(fā)射傳感器) ，最大探測(cè)距離為 10m，發(fā)射擴(kuò)散角為 60 度。 本章小結(jié)在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要就設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。之后又介紹的超聲波傳感器的工作原理和本次所選用的傳感器的型號(hào)。確定了系統(tǒng)的最終的設(shè)計(jì)方案。圖 25 探測(cè)角度3 硬件部分設(shè)計(jì)本章主要講述了超聲波測(cè)距系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)的整個(gè)硬件系統(tǒng)分成各個(gè)單元的模塊電路設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)的主控制器單片機(jī)模塊，超聲波接收電路模塊，超聲波發(fā)射電路模塊，顯示電路模塊，報(bào)警電路模塊，還有鍵盤控制模塊等等。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖超聲波發(fā)送 40KHz 脈沖信號(hào)通過單片機(jī)的 的 口送出，發(fā)出脈沖串，再把信號(hào)經(jīng)過放大和整形經(jīng)過超聲波驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射傳感器接收高電壓。驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的壓電晶片震動(dòng)，經(jīng)過換能器后發(fā)射電路發(fā)出 40kHz 的脈沖超聲波。發(fā)射的超聲波遇到障礙物后會(huì)發(fā)生反射，經(jīng)過反射的超聲波返回到超聲波的接受傳感器上。發(fā)射回來的超聲波也是經(jīng)過放大濾波整形后輸入單片機(jī)的INT0 端產(chǎn)生中斷。計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，測(cè)出從超聲波發(fā)射脈沖群時(shí)刻到接收回波信號(hào)時(shí)刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測(cè)溫系統(tǒng)得知，將時(shí)刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。 AT89S52 單片機(jī)AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在線可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持單片機(jī)發(fā)射電路發(fā)射傳感器 報(bào)警電路顯示電路接收電路接受傳感器障礙物2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 超聲波測(cè)距的系統(tǒng)及其組成本系統(tǒng)由單片機(jī) AT89S52 控制，包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示電路幾部分組成，如圖 6 所示。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)及、超聲波接受電路、超聲波發(fā)射電路。顯示電路等幾部分組成。采用AT89S52 單片機(jī)最為系統(tǒng)的微處理器。系統(tǒng)的晶振頻率為 12MHz，這樣可以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，使測(cè)量誤差減小。用單片機(jī)的 端口輸出 40KHz 的方波給超聲波換能器，用單片機(jī)的 端口檢測(cè)超聲波接收電路返回的接收信號(hào)。用 4個(gè)為共陽的 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。單片機(jī)的 P0 口為段碼輸出口，單片機(jī)的、 口控制數(shù)碼管的位選,用三極管 8550 進(jìn)行數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機(jī) 輸入一個(gè)低電平脈沖。單片機(jī)控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0 計(jì)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。單片機(jī)將測(cè)得的時(shí)間與聲速相乘再除以 2 即可得到測(cè)量值，最后經(jīng) 3 位數(shù)碼管將測(cè)得的結(jié)果顯示出來。 超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)主要由：AT89S52 單片機(jī)、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份構(gòu)成。由 K1，K2，K3 組成測(cè)距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設(shè)定超聲波測(cè)距報(bào)警值。如圖 32。圖 32 超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng) 超聲波發(fā)射、接收電路超聲波發(fā)射如圖 33，接收電路如圖 34。超聲波發(fā)射電路由電阻 R2三極管 BG超聲波脈沖變壓器 B 及超聲波發(fā)送頭 T40 構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產(chǎn)端的電壓，以提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測(cè)量距離。接收電路由 BGBG6 組成的兩組三級(jí)管放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由 CDD4 及 BG9 組成。40kHz 的方波由 AT89S52 單片機(jī)的 輸出，經(jīng) BG4 推動(dòng)超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級(jí)形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)的 腳。圖 33 超聲波測(cè)距發(fā)射單元該測(cè)距電路的 40kHz 方波信號(hào)由單片機(jī) AT89S52 的 發(fā)出。方波的周期為 1/40ms，即 25181。s，半周期為 。每隔半周期時(shí)間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生 40kHz 方波。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機(jī)的時(shí)間分辨率是 1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號(hào)，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者，讓單片機(jī)產(chǎn)生約 的方波。圖 34 超聲波測(cè)距接收單元由于反射回來的超聲波信號(hào)非常微弱，所以接收電路需要將其進(jìn)行放大。接收電路如圖 3所示。接收到的信號(hào)加到 BGBG6 組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為 70 倍。放大的信號(hào)通過檢波電路得到解調(diào)后的信號(hào)，即把多個(gè)脈沖波解調(diào)成多個(gè)大脈沖波。這里使用的是 IN4148 檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好，制作難度小。 數(shù)碼管的顯示電路本系統(tǒng)采用四位一體 L E D 數(shù)碼管顯示所測(cè)距離值，如圖 10。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機(jī)的 P0 口，位碼輸出端口分別為單片機(jī)的、 口,數(shù)碼管位驅(qū)運(yùn)用 PNP 三極管 8550 三極管驅(qū)動(dòng)。同時(shí)使用電阻進(jìn)行限流。圖 35 顯示單元 供電電路本測(cè)距系統(tǒng)由于采用的是 LED 數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時(shí)，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，而系統(tǒng)中單片機(jī)的工作電壓為+5V,為保證系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的可靠正常工作，并且方面系統(tǒng)的供電方式我們選擇電腦的 USB 口進(jìn)行供電，這樣可以為調(diào)試系統(tǒng)方便，即由 USB 口供電，調(diào)試時(shí)直接由電腦 USB 口供電。在電路板上還安裝了一個(gè)供電的開關(guān)，可以通過開關(guān)來打開和關(guān)閉電源，系統(tǒng)供電電路如圖36 所示。圖 36 供電單元電路圖 報(bào)警輸出電路報(bào)警電路的主要的作用是當(dāng)檢測(cè)到的距離小于我們所設(shè)定的最小的報(bào)警距離的時(shí)候，系統(tǒng)要發(fā)出報(bào)警的聲音，來提示我們。本次設(shè)計(jì)的報(bào)警電路是通過單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警的。單片機(jī)的 口通過一個(gè)限流電阻控制三極管 8550的基極，三極管的發(fā)射機(jī)接+5V 的電壓，集電極接蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地。因?yàn)楸敬问褂玫娜龢O管是 PNP 型的管子，所以當(dāng)單片機(jī)的 口為低電平的時(shí)候三極管導(dǎo)通，蜂鳴器經(jīng)行報(bào)警，當(dāng)單片機(jī)的 口為高電平的時(shí)候三極管不到通，蜂鳴器不報(bào)警。報(bào)警輸出電路如圖 37。圖 37 報(bào)警輸出電路 本章小結(jié)本章主要介紹了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)的整體的硬件電路分成各個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)。主要對(duì)其中的單片機(jī)最小系統(tǒng)，超聲波接收電路，超聲波發(fā)射電路，顯示電路以及電源電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。4 軟件部分設(shè)計(jì) 主體程序設(shè)計(jì)超聲波倒車測(cè)距的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測(cè)距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)） ，又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)） ，所以控制程序可采用 C 語言編程。 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時(shí)器 0 為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器 1 定時(shí)。置位總中斷允許位 EA。進(jìn)行程序主程序后，進(jìn)行定時(shí)測(cè)距判斷，當(dāng)測(cè)距標(biāo)志位ec=1 時(shí)，測(cè)量一次，程序設(shè)計(jì)中，超聲波測(cè)距頻度是 45 次/秒。測(cè)距間隔中，整個(gè)程序主要進(jìn)行循環(huán)顯示測(cè)量結(jié)果。當(dāng)調(diào)用超聲波測(cè)距子程序后，首先由單片機(jī)產(chǎn)生 4 個(gè)頻率為 超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器 T0 進(jìn)行計(jì)時(shí)，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時(shí)，單片機(jī)需要延時(shí)約 2ms 時(shí)間（這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動(dòng)對(duì)單片機(jī) 腳的電平判斷程序。當(dāng)檢測(cè)到 腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，立即停止 T0 計(jì)時(shí)。由于采用單片機(jī)采用的是 12 MHz 的晶振，計(jì)時(shí)器每計(jì)一個(gè)數(shù)的時(shí)間就是 1μs，當(dāng)超聲波測(cè)距子程序檢測(cè)到接收成功標(biāo)志位后，會(huì)將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)按式（2）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。設(shè)計(jì)時(shí)取 15℃時(shí)聲音的速為 340 m/s 則有：d=(ct)/2=172T0/10000cm 其中，T0 為計(jì)數(shù)器 T0 計(jì)算出來的值。 測(cè)出距離將測(cè)得的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制 BCD 碼在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。最后重復(fù)上述的測(cè)量過程。 超聲波測(cè)距子程序及其流程圖void wdzh(){TR0=0。TH1=0x00。TL1=0x00。csbint=1。sx=0。delay(1700)。csbfs()。csbout=1。TR1=1。i=yzsj。while(i){}i=0。while(csbint) //判斷接收回路是否收到超聲波的回波{i++。if(i=3300)csbint=0。}TR1=0。s=TH1。s=s*256+TL1。TR0=1。csbint=1。jsz=s*csbc。