【文章內容簡介】 單、體積小、信號處理可靠等特點。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限。 聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本儀器采用超聲波渡越時間檢測法。其原理為: 檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經氣體介質的傳播到接收器的時間，即渡越時間。渡越時間與氣體中的聲速相乘，就是聲波傳輸的距離。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時單片機開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度隨溫度變化，其對應值如表 21 ，根據計時器記錄的時間 t (見圖 21)，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離( s ) ，即: s = v t / 2 。表 21 聲速與溫度的關系溫度(℃) －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速(m/s) 313 319 325 323 338 344 349 38600 學院 00 學院 基于 AT89C2051 的超聲波測距系統(tǒng)畢業(yè)設計論文5圖 21 超聲波測距時序圖 超聲波傳感器 超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類: 一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等。 機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電型超聲波傳感器的工作原理：它是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應的原理。所謂壓電逆效應如圖 22 所示，是在壓電元件上施加電壓，元件就變形，即稱應變。若在圖 a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖 b 所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負電荷與極化負電荷相斥。由于相斥的作用，壓電陶瓷在厚度方向上縮短，在長度方向上伸長。若外部施加的極性變反，如圖 c 所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。圖 22 壓電逆效應圖00 學院 00 學院 基于 AT89C2051 的超聲波測距系統(tǒng)畢業(yè)設計論文6 單片機超聲波測距系統(tǒng)構成單片機 AT89C2051 發(fā)出短暫的 40kHz 信號，經放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間 t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至 LED 數碼管進行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。 圖 23 超聲波測距系統(tǒng)框圖三、設計方案按照系統(tǒng)設計的功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。單片機主控芯片使用 51 系列 AT89C2051 單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是在單片機課程設計中經常使用到的控制芯片。發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅動超聲波發(fā)送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調試工作小較小。圖 31：系統(tǒng)設計框圖00 學院 00 學院 基于 AT89C2051 的超聲波測距系統(tǒng)畢業(yè)設計論文7硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89C2051。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，端口監(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 3 位共陽 LED 數碼管，段碼輸出端口為單片機的 P1 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、口,數碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅動。 AT89C2051 單片機AT89C2051 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 2k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS5l 指令系統(tǒng)，片內置通用 8 位 央處理器和 Flash 存儲單元，功能強大。AT89C2051 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。 1）性能參數：與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容 ；2k 字節(jié)可重擦寫閃速存儲器；1000 次擦寫周期；－6V 的工作電壓范圍；全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz；兩級加密程序存儲器；1288 字節(jié)內部 RAM；15 個可編程 I／O 口線；2 個 l6 位定時／計數器；6個 斷源；可編程串行 UART 通道；可直接驅動 LED 的輸出端口；內置一個模擬比較器；低功耗空閑和掉電模式。2）特性概述：AT89C2051 提供以下標準功能：2k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內部 RAM，15 個 I／O 口線，兩個 16 位定時／計 數器，—個 5 向量兩級 斷結構，一個全雙工串行通信口，內置—個精密比較器，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C2051 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數器，串行通信口及 斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 超聲波測距系統(tǒng)構成本系統(tǒng)由單片機 A T 8 9 C 2 0 5 1 控制，包括單片機系統(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 31 所示。硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89C2051。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， 端口監(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 3 位共陽 LED 數碼管，段碼輸出端口為單片機的 P1 口，位碼輸出端口分別為單片機的 、 口,數碼管位驅運用 PNP 三極管 S9012 三極管驅動。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經過接收電路處理后，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?，立即停止內部計時器計時。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 3 位數碼管將測得的結果顯示出來。00 學院 00 學院 基于 AT89C2051 的超聲波測距系統(tǒng)畢業(yè)設計論文8 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：A T 8 9 C 2 0 5 1 單片機、晶振、復位電路、電源濾波部份構成。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、接收電路如圖 33。超聲波發(fā)射部份由電阻 R2 及超聲波發(fā)送頭 T40 板成；接收電路由 BGBG2X 組成的兩組三級管放大電路組成；檢波電路、比較整形電路由 CDD2 及 BG3 組成。40kHz 的方波由 A T 8 9 C 2 0 5 1 單片機的 P 3 .5 驅動超聲波發(fā)射頭