【文章內容簡介】 求，如要超聲波可以測量的最大距離為 6M，本次設計的超聲波測量范圍為 03M。對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。在本次設計中我們選用 UCMR40KI 、UCMT40KI (R 表示接收傳感器，T 表示發(fā)射傳感器) ，最大探測距離為 10m，發(fā)射擴散角為 60 度。 本章小結在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設計要求，根據(jù)設計要就設計了相應的硬件結構框圖。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。確定了系統(tǒng)的最終的設計方案。圖 25 探測角度3 硬件部分設計本章主要講述了超聲波測距系統(tǒng)硬件電路的設計，把系統(tǒng)的整個硬件系統(tǒng)分成各個單元的模塊電路設計。包括系統(tǒng)的主控制器單片機模塊，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，報警電路模塊，還有鍵盤控制模塊等等。 系統(tǒng)硬件設計思想其硬件結構圖如圖 31 所示。圖 31 系統(tǒng)硬件結構圖超聲波發(fā)送 40KHz 脈沖信號通過單片機的 的 口送出，發(fā)出脈沖串，再把信號經(jīng)過放大和整形經(jīng)過超聲波驅動電路，驅動超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射傳感器接收高電壓。驅動內部的壓電晶片震動，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的INT0 端產(chǎn)生中斷。計數(shù)器停止計數(shù)，測出從超聲波發(fā)射脈沖群時刻到接收回波信號時刻差，超聲波在同溫同介質中的傳播速度由測溫系統(tǒng)得知，將時刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。 AT89S52 單片機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 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持單片機發(fā)射電路發(fā)射傳感器 報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。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 超聲波測距的系統(tǒng)及其組成本系統(tǒng)由單片機 AT89S52 控制，包括單片機控制系統(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。硬件電路的設計主要包括單片機最小系統(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)定時鐘頻率，使測量誤差減小。用單片機的 端口輸出 40KHz 的方波給超聲波換能器，用單片機的 端口檢測超聲波接收電路返回的接收信號。用 4個為共陽的 LED 數(shù)碼管進行顯示。單片機的 P0 口為段碼輸出口，單片機的、 口控制數(shù)碼管的位選,用三極管 8550 進行數(shù)碼管的驅動。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 輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內部計時器 T0 計時，當檢測到 由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅⒓赐Ｖ箖炔坑嫊r器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以 2 即可得到測量值，最后經(jīng) 3 位數(shù)碼管將測得的結果顯示出來。 超聲波測距單片機系統(tǒng)超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由：AT89S52 單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。由 K1，K2，K3 組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設定超聲波測距報警值。如圖 32。圖 32 超聲波測距單片機系統(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，從而提高測量距離。接收電路由 BGBG6 組成的兩組三級管放大電路構成；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 單片機的 輸出，經(jīng) BG4 推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器次級形成 60VPP 的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅動超聲波發(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，最后輸出一負跳變，輸入單片機的 腳。圖 33 超聲波測距發(fā)射單元該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 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。由于單片機系統(tǒng)的晶振為 12M 晶振，因而單片機的時間分辨率是 1181。s，所以只能產(chǎn)生半周期為 12181。s 或 13181。s 的方波信號，頻率分別為 和 。本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產(chǎn)生約 的方波。圖 34 超聲波測距接收單元由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收電路如圖 3所示。接收到的信號加到 BGBG6 組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數(shù)為 70 倍。放大的信號通過檢波電路得到解調后的信號，即把多個脈沖波解調成多個大脈沖波。這里使用的是 IN4148 檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結構簡單，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)碼管顯示所測距離值，如圖 10。數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的 P0 口，位碼輸出端口分別為單片機的、 口,數(shù)碼管位驅運用 PNP 三極管 8550 三極管驅動。同時使用電阻進行限流。圖 35 顯示單元 供電電路本測距系統(tǒng)由于采用的是 LED 數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時，系統(tǒng)工作電流約為 3045mA，而系統(tǒng)中單片機的工作電壓為+5V,為保證系統(tǒng)統(tǒng)計的可靠正常工作，并且方面系統(tǒng)的供電方式我們選擇電腦的 USB 口進行供電，這樣可以為調試系統(tǒng)方便，即由 USB 口供電，調試時直接由電腦 USB 口供電。在電路板上還安裝了一個供電的開關，可以通過開關來打開和關閉電源，系統(tǒng)供電電路如圖36 所示。圖 36 供電單元電路圖 報警輸出電路報警電路的主要的作用是當檢測到的距離小于我們所設定的最小的報警距離的時候，系統(tǒng)要發(fā)出報警的聲音，來提示我們。本次設計的報警電路是通過單片機控制蜂鳴器進行報警的。單片機的 口通過一個限流電阻控制三極管 8550的基極，三極管的發(fā)射機接+5V 的電壓，集電極接蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地。因為本次使用的三極管是 PNP 型的管子，所以當單片機的 口為低電平的時候三極管導通，蜂鳴器經(jīng)行報警，當單片機的 口為高電平的時候三極管不到通，蜂鳴器不報警。報警輸出電路如圖 37。圖 37 報警輸出電路 本章小結本章主要介紹了超聲波測距系統(tǒng)的硬件電路的設計，把系統(tǒng)的整體的硬件電路分成各個模塊的電路設計。主要對其中的單片機最小系統(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行了詳細的設計。4 軟件部分設計 主體程序設計超聲波倒車測距的軟件設計主要由主程序，超聲波發(fā)生子程序，超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復雜的計算（計算距離時） ，又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時） ，所以控制程序可采用 C 語言編程。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設定時器 0 為計數(shù)，設定時器 1 定時。置位總中斷允許位 EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位ec=1 時，測量一次，程序設計中，超聲波測距頻度是 45 次/秒。測距間隔中，整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結果。當調用超聲波測距子程序后，首先由單片機產(chǎn)生 4 個頻率為 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，立即啟動內部計時器 T0 進行計時，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，單片機需要延時約 2ms 時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機 腳的電平判斷程序。當檢測到 腳的電平由高轉為低電平時，立即停止 T0 計時。由于采用單片機采用的是 12 MHz 的晶振，計時器每計一個數(shù)的時間就是 1μs，當超聲波測距子程序檢測到接收成功標志位后，會將計數(shù)器 T0 中的數(shù)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 15℃時聲音的速為 340 m/s 則有：d=(ct)/2=172T0/10000cm 其中，T0 為計數(shù)器 T0 計算出來的值。 測出距離將測得的結構轉化成十進制 BCD 碼在數(shù)碼管上進行顯示。最后重復上述的測量過程。 超聲波測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。