【文章內(nèi)容簡介】 響應(yīng)，相應(yīng)電平輸出正比于測(cè)量的寬度。 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器主要組成單元是熱敏元件，熱敏元件是利用物體在不同溫度下其屬性會(huì)發(fā)生變化的原理制成。市場(chǎng)上的熱敏元件有很多種類，根據(jù)材料及性質(zhì)的不同，分為金屬熱電阻、熱電偶、半導(dǎo)體材料熱電阻等不同形式。在所有熱敏元件中，使用范圍最為普及的當(dāng)屬半導(dǎo)體材料熱敏元件，它與其他種類元件相比，優(yōu)點(diǎn)是尺寸小巧、反應(yīng)速度快、準(zhǔn)確性高、生產(chǎn)方便、成本低，適用范圍廣。是美國一家公司最近研發(fā)的新型溫度傳感器，它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以快速直接的顯示出所測(cè)量的溫度值度。采用“一線總線”通信模式，測(cè)量范圍更廣，精度更高，系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步提升。的特點(diǎn)簡單介紹如下[21]：(1)可通過數(shù)據(jù)線供電，～；(2)每個(gè)芯片唯一編碼，零待機(jī)功耗，無需外部元件(3)可調(diào)的9至12位分辨率，℃，℃，℃，℃；(4)用戶可定義報(bào)警設(shè)置,測(cè)溫范圍：55℃～125℃；(5)自我保護(hù)功能，可防止電源接反損壞傳感器；(6)封裝方式多樣，圖34展示了PR35封裝圖。圖34 PR35封裝圖 LCD1602液晶顯示器在我們的日常生活學(xué)習(xí)中，液晶顯示屏的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在很多的家用電器、大街小巷里的廣告牌等都可以看到液晶顯示器的身影，液晶顯示主要通過字符、圖像及數(shù)字的形式顯示出來。 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)（1）低功耗液晶顯示器的功耗主要體現(xiàn)在兩部分，一是內(nèi)部的電極，二是內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)，其他的顯示器則沒有此優(yōu)點(diǎn)，大大的節(jié)省了能源的消耗；（2）數(shù)字式接口數(shù)字式的接口是液晶顯示屏最為重要的優(yōu)點(diǎn)，液晶顯示器通過數(shù)字式的接口連接到與單片機(jī)上，這一優(yōu)點(diǎn)使得系統(tǒng)安全可靠，操作更加方便；（3）顯示清晰液晶顯示屏的顯示十分清晰，與其他顯示器額區(qū)別是，當(dāng)液晶顯示器收到需要顯示的信號(hào)時(shí)，顯示屏上的任何一點(diǎn)會(huì)保持一定的色彩和亮度，不像其他顯示器，例如陰極射線管顯示器，需要系統(tǒng)不斷的刷新實(shí)現(xiàn)顯示功能；（4）重量輕液晶顯示器之所以比其他顯示器輕，是因?yàn)樗峭ㄟ^電極來控制液晶分子的狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)顯示功能； 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)液晶顯示器利用液晶的物理特性實(shí)現(xiàn)顯示功能的，如果系統(tǒng)上電，那么電壓就會(huì)對(duì)液晶顯示屏控制，從而實(shí)現(xiàn)顯示功能。本系統(tǒng)中主要是顯示字符，利用LCD液晶顯示屏來顯示一個(gè)或多個(gè)字符，如果液晶顯示器中沒有字符發(fā)生控制器，那么要點(diǎn)亮字符68或88點(diǎn)陣，首先要找到8個(gè)字節(jié)，這8個(gè)字節(jié)是在顯示屏上對(duì)應(yīng)RAM區(qū)的，然后想點(diǎn)亮的位設(shè)為“1”，不點(diǎn)亮的為“0”，這樣的設(shè)置就可以在顯示屏上顯示出字符了。在本系統(tǒng)中利用LCD1602，在其內(nèi)部自帶的字符發(fā)生控制器，通過在LCD上的行號(hào)及列號(hào)，在與RAM一一對(duì)應(yīng)的地址上設(shè)置光標(biāo)，通過軟件設(shè)計(jì)在光標(biāo)處送去需要顯示的字符即可。 LCD1602基本參數(shù)及引腳功能1602LCD可以分為兩種，一種是帶背光的另一種是不帶背光的，這兩個(gè)相比較，不帶背光的要比帶背光的薄，但是在實(shí)際的生活應(yīng)有中，這兩種并無多大的差別，1602LCD具體尺寸如下圖35所示。圖35 1602LCD尺寸圖引腳功能說明：本系統(tǒng)超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)，采用帶背光的LCD1602，芯片上的16個(gè)引腳功能如表33所示:表33 LCD1602各個(gè)引腳說明引腳號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS地電源2VDD接5V正電源3VL對(duì)比度調(diào)整端4RS寄存器選擇，高電平時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)為指令寄存器5R/W讀寫信號(hào)，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作6E使能端，高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令7D0D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線8D19D210D311D412D513D614D715BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符；芯片工作電壓:—；工作電流:（)；模塊最佳工作電壓:；字符尺寸:（WH)mm。 USB轉(zhuǎn)串口集成塊PL2303 PL2303簡介PL2303是Prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232USB接口轉(zhuǎn)換器，該芯片內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART，只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與RS232信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通過利用USB塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動(dòng)流量控制，PL2303能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的UART（通用異步收發(fā)器）端口,高達(dá)115200bps的波特率可用于更高的性能使用。 PL2303產(chǎn)品特性，12MHz的晶體振蕩器；；；；（GPIO）引腳；。 PL2303引腳PL2303引腳圖如圖36所示：圖36 PL2303引腳圖芯片PL2303上的28個(gè)引腳功能如表34所示:表34 PL2303各個(gè)引腳說明引腳號(hào)引腳名類型引腳描述1TXD輸出數(shù)據(jù)輸出到串口2DTR_N輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好，低電平有效3RST_N輸出發(fā)送請(qǐng)求，低電平有效4VDD_325電源RS232的電源，為串行端口信號(hào)的電源引腳；，；，5RXD輸入串口數(shù)據(jù)輸入6RI_N輸入/輸出串行端口（環(huán)指示器）7GND電源接地8NC無連接9DSR_N輸入/輸出串行端口(數(shù)據(jù)集就緒)10DCD_N輸入/輸出串行端口(數(shù)據(jù)載波檢測(cè))11CTS_N輸入/輸出串行端口(清除發(fā)送)12SHTD_N輸出控制RS232收發(fā)器關(guān)機(jī)13EE_CLK輸入/輸出串行EEPROM時(shí)鐘14EE_DATA輸入/輸出串行EEPROM數(shù)據(jù)15DP輸入/輸出USB端口D+信號(hào)16DM輸入/輸出USB端口D信號(hào)17VO_3318GND接地19NC無連接20VDD_5電源USB端口的5V電壓電源21GND接地22GP0輸入/輸出通用I/O引腳023GP1輸入/輸出通用I/O引腳124NC無連接25GND_A模擬地鎖相環(huán)26PLL_TEST輸入PLL 鎖相環(huán)測(cè)試模式控制27OSC1輸入晶體振蕩器輸入28OSC2輸入/輸出晶體振蕩器輸出第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)以STC89C52RC為整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制著超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的正常運(yùn)行，超聲波的發(fā)射與接收模塊，可以比喻成單片機(jī)與障礙物之間的“信號(hào)員”；測(cè)溫和蜂鳴器報(bào)警電路則是輔助系統(tǒng)的完善性模塊，LCD液晶屏顯示模塊更加人性化顯示算出的距離和環(huán)境溫度；它們與復(fù)位電路、電源電路等組成了完整的超聲波倒車?yán)走_(dá)測(cè)距系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。系統(tǒng)各個(gè)模塊的主要功能如下：（1）測(cè)距部分主要功能是發(fā)射和接收超聲波，系統(tǒng)利用測(cè)得的總時(shí)間及超聲波的波速，從而算出距離；（2）溫度模塊為系統(tǒng)提供溫度補(bǔ)償，大大的提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度；（3）LCD液晶顯示屏顯示距離、溫度；（4）系統(tǒng)設(shè)置警戒值，當(dāng)計(jì)算出的距離低于設(shè)定警戒值時(shí)蜂鳴器報(bào)警[16][17]。圖41 超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 超聲波發(fā)射電路發(fā)射電路包含的主要元器件是反相器、電阻和發(fā)射器，反相器是一個(gè)六非門反向器，本電路共包含有5個(gè)反相器，單片機(jī)的端口輸出脈沖信號(hào)，該信號(hào)的頻率是40kHz，然后由壓電陶瓷芯片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波。超聲波發(fā)射器信號(hào)來源于兩條，其中一條信號(hào)通過和與并聯(lián)構(gòu)成的二級(jí)反相電路到達(dá)發(fā)射器的一個(gè)引腳，另一條信號(hào)通過與并聯(lián)構(gòu)成的反相電路到達(dá)發(fā)射器的另一引腳[22]。反相器可以放大超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，系統(tǒng)中添加的電阻、的作用有兩個(gè)，一個(gè)是增強(qiáng)了輸出信號(hào)，另一個(gè)作用是縮短了的自由振蕩時(shí)間，提高阻尼作用。圖42展示了發(fā)射電路原理。圖42 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路超聲波接收電路如下圖所示，它主要由一個(gè)超聲波接收器R兩個(gè)四路運(yùn)算放大器LM324組成的兩級(jí)放大電路和一個(gè)鎖相環(huán)電路LM567構(gòu)成。超聲波接收器R40的作用是接收反射回來的超聲波信號(hào)，LM324的作用是構(gòu)成放大電路，增強(qiáng)返回的弱的超聲波信號(hào)。根據(jù)運(yùn)放器虛短虛斷原理，一級(jí)放大電路放大倍數(shù)為倍（增益為dB），二級(jí)放大電路放大倍數(shù)為倍（增益為dB），總的放大倍數(shù)為10010=1000倍（增益為40+20=60dB）。調(diào)整鎖相環(huán)電路，使LM567頻率與超聲波頻率一致，這樣當(dāng)鎖相環(huán)電路接收到符合標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)后，就從口向單片機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求，從而避免了其他不同頻率的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)功能的影響[23]。超聲波接收電路如圖43所示。圖43 超聲波接收電路原理圖 電源電路單片機(jī)STC89C52RC的驅(qū)動(dòng)電源電壓為5V，本系統(tǒng)采用的電源為5V的USB接口供電，剛好滿足系統(tǒng)供電要求。電源電路原理圖如圖44所示。圖44 電源電路原理圖 測(cè)溫電路由于超聲波的聲速在不同的溫度下有所不同，采用了溫度補(bǔ)償法，來提高整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度，這里采用的主要元器件是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、體積小、線路簡單等優(yōu)點(diǎn)。將溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)線與連接到STC89C52RC單片機(jī)的口，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的溫度測(cè)量，原理圖如圖45所示。圖45 測(cè)溫電路原理圖 顯示電路LCD顯示電路用的是LCD1602芯片，芯片介紹在第四章元件介紹里這里不再重復(fù)，環(huán)境溫度及測(cè)量的距離都是由LCD1602液晶顯示器顯示，由STC89C52RC的P0口輸出。顯示電路原理圖如圖46所示。 報(bào)警電路當(dāng)測(cè)量值低于事先設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，利用單片機(jī)引腳來控制蜂鳴器報(bào)警，，當(dāng)測(cè)量值高于設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，停止發(fā)出報(bào)警聲響。報(bào)警電路原理圖如圖47所示。圖46 顯示電路原理圖圖47 報(bào)警電路原理圖 圖48 復(fù)位電路原理圖 復(fù)位電路單片機(jī)STC89C52RC復(fù)位引腳RESET，復(fù)位是指利用外界的因素強(qiáng)制性的把單片機(jī)恢復(fù)到系統(tǒng)沒有工作的狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入最初的轉(zhuǎn)改。它的工作原理是，通過外界因素對(duì)輸入一個(gè)正脈沖從而達(dá)到使單片機(jī)復(fù)位的功能。本系統(tǒng)的復(fù)位電路能夠在單片機(jī)開始運(yùn)行的時(shí)候復(fù)位，也可以在運(yùn)行過程中，通過復(fù)位按鈕，使程序強(qiáng)行停止并進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖48所示。 串行口通信電平轉(zhuǎn)換模塊由于USB接口具有即插即用和熱拔插的優(yōu)越性，使用USB接口可以方便的和其他設(shè)備通信，因此，本設(shè)計(jì)利用USB接口，通過轉(zhuǎn)串口線，將信息轉(zhuǎn)換到單片機(jī)STC89C52RC上，現(xiàn)選擇PL2303芯片上的連接STC89C52RC的（）引腳，連接STC89C52RC的（）引腳，其電路原理圖如圖49所示。圖49 通信模塊電路原理圖第5章 軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)在整個(gè)主程序中，系統(tǒng)首先初始化，單片機(jī)的端口輸出信號(hào)用來激活超聲波發(fā)射電路，此時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，然后系統(tǒng)調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換程序，獲得當(dāng)前環(huán)境溫度，當(dāng)超聲波接收模塊接收到反射回的超聲波時(shí)，停止計(jì)時(shí)，程序調(diào)用距離計(jì)算子程序和顯示子程序，LCD液晶顯示器顯示測(cè)得的溫度和所計(jì)算出的距離，并且比較所測(cè)量的距離和系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值，則蜂鳴器報(bào)警，否則不報(bào)警。通過主程序中的啟動(dòng)功能模塊，實(shí)現(xiàn)程序循環(huán)運(yùn)行實(shí)時(shí)進(jìn)行距離測(cè)量。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖51所示： 圖51 主程序流程圖 子程序設(shè)計(jì) 距離計(jì)算子程序從距離計(jì)算公式中可以很明顯看出來，如果想要得到具體的距離的值，一個(gè)是求出超聲波發(fā)射與接收所需要的時(shí)間，另一個(gè)就是求出超聲波的波速，由于超聲波的波速與溫度有關(guān)，所以在主函數(shù)中利用溫度補(bǔ)償公式（代表溫度）來提高測(cè)量精度。是從顯示緩沖區(qū)定義的距離。距離計(jì)算子程序代碼如下所示：void Conut(void){ time=TH0*256+TL0。//計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 TH0=0。 TL0=0。 S=(time*c)/2000。//算出來是mm if((S=7000)||flag==1) //超出測(cè)量范圍顯示“” { flag=0。 DisplayOneChar(10,1,39。39。)。 DisplayOneChar(11,1,39。.39。)。 DisplayOneChar(12,1,39。39。)。 DisplayOneChar(13,1,39。39。)。 DisplayOneChar(14,1,39。39。)。 DisplayOneChar(15,1,39。M39。)。} else { l_disbuff=S%10000/1000+0x30。 l_disbuff=S%1000/100+0x30。 l_disbuff=S%100/10+0x30。 l_disbuff=S%10+0x30。DisplayOneChar(10,1,l_disbuff)。 DisplayOneChar(11,1,39。.39。)。 DisplayOneChar(12,1,l_disbuff)。 DisplayOneChar(13,1,l_disbuff)。DisplayOneChar(14,1,l_disbuff)。 DisplayOneChar(15,1,39。M39。)。}}計(jì)算距離程序流程圖如圖52所示圖52 計(jì)算距離程序流程圖 顯示子程序在顯示模塊中，本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示器來顯示測(cè)得的距離和環(huán)境溫度，函數(shù)是一個(gè)指定位置的字符顯示，函數(shù)是一個(gè)指定的字符串顯示，在整個(gè)顯示模塊中，先對(duì)LCD進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行顯示的設(shè)置，顯示子程序代碼如下所示：void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned