【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ）。無(wú)線發(fā)射與接收電路采用APC240無(wú)線通信模塊。它是新一代的多通道嵌入式無(wú)線數(shù)傳模塊,其可設(shè)置眾多的頻道，發(fā)射功率高，而仍然具有較低的功耗。它可以在工業(yè)等強(qiáng)干擾的惡劣環(huán)境中使用。在任何狀態(tài)下都可以1次傳輸256bytes的數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)置空中波特率大于串口波特率時(shí)，可1次傳輸無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。同時(shí)它還提供標(biāo)準(zhǔn)的UART/TTL，RS485和RS232三種接口1200/2400/4800/9600bps四速率。具有豐富便潔的軟件編程設(shè)置選項(xiàng)。無(wú)線發(fā)射與接收電路見圖39 APC240無(wú)線通信模塊主要特點(diǎn)216。 接口方式：232／485／TTL串口，格式有8N1／8E1／8O1可選；216。 接受靈敏度高，視距可靠傳輸距離可達(dá)1200m；216。 采用FSK的方式調(diào)制，支持OOK／ASK／MSK調(diào)制；216。 載頻433MHz，可定制315M／868M／915M等其他ISM頻段；216。 提供PC機(jī)配置軟件，可以靈活設(shè)置模塊的各種參數(shù)；216。 串口速率：4800／9600／19200／38400／57600／115200bps；216。 空中速率：5K／10K／20K／30K／40K／50K／77K／100K／150K／200K／250Kbps；216。 功耗和休眠省電模式：功率＜100　mw，接收電流＜35mA，發(fā)射電流＜100mA，休眠時(shí)電流＜12uA；216。 支持多個(gè)字網(wǎng)組群工作模式，網(wǎng)絡(luò)地址配置相同的模塊間才可以相互通訊；216。 具有中繼功能，可選擇中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，有效擴(kuò)大傳輸距離；216。 支持透明傳輸方式和地址傳輸方式，可以組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、對(duì)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；216。 5V直流供電（）；工作頻率：433M 調(diào)制方式：FSK發(fā)射功率：＜20dBm（100mW）接收靈敏度：－119dB發(fā)射電流：＜35mA接收電流：＜100mA休眠電流：＜12uA工作信道：32個(gè)頻段選擇數(shù)據(jù)接口：232／485／TTL串口數(shù)據(jù)格式：8N1／8E1／8O1串口速率：4800／9600／19200／38400／57600／115200bps空中速率：5K／10K／20K／30K／40K／50K／77K／100K／150K／200K／250Kbps硬件接口：／插座通訊距離：0700米（10dbm，10kbps，可視距離）天線阻抗：50Ω工作溫度：4085℃供電方式：／5V尺寸：（不包括天線）圖39無(wú)線發(fā)射與接收電路第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(ct)/2 （41）其中，d為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s為聲波的來(lái)回的路程，c為聲速，t為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖4圖4圖43所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，（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）后，才打開外中斷1接收返回的超聲波信號(hào)。圖41主程序流程圖由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式（42）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20℃時(shí)的聲速為344m/s則有：d=(ct)/2=172T0/10000cm （42）其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。測(cè)出距離后結(jié)果將傳給LCD數(shù)碼顯示約5s，同時(shí)測(cè)量距離送語(yǔ)音模塊播報(bào)。然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用C語(yǔ)言編寫。（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。圖42 定時(shí)中斷服務(wù)子程序圖43 外部中斷服務(wù)子程序超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器tct4010f1(T發(fā)射)和CX20106A（R接收），中心頻率為40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4~8cm，其余元件無(wú)特殊要求。若能將超聲波接受電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可能提高抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C16的大小，以獲得合適的接受靈敏度和抗干擾能力。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，～，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò)1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。軟件的調(diào)試程序見附錄二總 結(jié)由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒(méi)有成功做出實(shí)物。但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。，利用外中斷1口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的128*64液晶模塊。超聲波發(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，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相器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，縮短其自由震蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體管的諧振來(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，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(wèn)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。超聲波檢測(cè)接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它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CX20106A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。超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言編程。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試不會(huì)太難。一般只要電路焊接無(wú)誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。電路中除集成電路外，對(duì)各電子元件也無(wú)特別要求。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C16的大小，以獲得合適的接受靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。致 謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師劉帥師老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)這期間所給予我的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒(méi)有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您們表示由衷的感激。同時(shí)還要感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。接著，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短3個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給予了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。同時(shí)，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，真是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛、相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和他們的相處幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。最后我要深深地感謝我的家人，真是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無(wú)盡的關(guān)懷、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長(zhǎng)道路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此無(wú)法一一列舉，在此也一并表示衷心地感謝！參考文獻(xiàn)[1]胡平，超聲波測(cè)距儀的研制，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，[2]時(shí)德剛，劉嘩。超聲波測(cè)距的研制，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，[3]華兵。MCS51單片機(jī)原理應(yīng)用，武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社。125144頁(yè)。[4]李華。MCU51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)，北京：北京航天大學(xué)出版社。376380頁(yè)。[5]郁有文。傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000。[6]中國(guó)電子學(xué)會(huì)敏感技術(shù)分會(huì),(年卷) [M].北京:電子工業(yè)出版社,2001。[7]劉和平等。PIC16F87X單片機(jī)實(shí)用技術(shù)與接口技術(shù)—C語(yǔ)言及其應(yīng)用[M]。北京：北京航空航天大學(xué)出版社,。[8]陳新建。PIC系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用[M]。北京：北京航空航天大學(xué)出版社,。[9]張明峰。PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,[10]Myke Predko著。胡光華譯。PIC微控制器基礎(chǔ)與實(shí)踐[M]。北京：科學(xué)出版社,。[11]劉篤仁主編?；赑IC16F87X系列[M]。西安：電子工業(yè)出版社,。285291頁(yè)。[12]黃智偉主編。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M]。西安：電子工業(yè)出版社,。[13]牛余朋，成曙?；趩纹瑱C(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[J]。北京：兵工自動(dòng)化,。7888頁(yè)。[14]何莉,曾憲文,徐霞?；赑IC單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[J]。北京：壓電與聲光，第26卷第2期,2004年4月。[15]宋敬國(guó),李元宗,徐玉華。PIC單片機(jī)在超聲波測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]。北京：機(jī)械工程與自動(dòng)化,第4期(總第143期),2007年8月。[16]姜道連,寧延一,袁世良。用AT89C2051設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀[J]。TI:國(guó)外電子元器件,2000,第12月。[17]蘇偉，鞏壁建。超聲波檢測(cè)距誤差分析。傳感器技術(shù)，2004。257274頁(yè)。[18]勝全。D18B20數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制。南京：南京大學(xué)出。[19]薛紅宣。采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性。電子產(chǎn)品世界。[20]潘登,潘宗預(yù)。超聲波測(cè)距精度的探討[J]。北京：包裝工業(yè),2003年11月。[21]九州。放大電路實(shí)用手冊(cè)。沈陽(yáng)：遼寧科技出版