【文章內(nèi)容簡介】 51 單片機系統(tǒng)和聲光報警、距離顯示等設備組成。如圖 21 所示 圖 21 超聲波測距報警裝置原理框圖 發(fā)射部分由高頻振蕩器、單脈沖發(fā)生器、編碼調(diào)制器、功率放大器及超聲換能器組 成。 單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過超聲換能器發(fā)射超聲波。 接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調(diào)器組成。接收到的超聲波反射信號經(jīng)超 聲換能器轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)后，送到單片機系統(tǒng)進行處理，并通過距離顯示器顯示車輛與飛機之間的距離，當該距離小于設定的告警距離時，啟動報警系統(tǒng)報警。 在多臺車輛同時作業(yè)時，某臺車輛發(fā)射的超聲波信號可能被其它車輛接收，從而因造成 系統(tǒng)混亂而產(chǎn)生誤報。為解決這一問題，系統(tǒng)對不同的車輛 進行不同的編碼調(diào)制，使每輛車只能接收到其本身發(fā)射的信號。 為有效消除干擾，編碼解調(diào)采用積累檢測解調(diào)。 V1 為被放大后的含有干擾的接收信號，經(jīng)門限檢測電路與門限電壓 V0 比較后輸出脈沖 V2（當 V1＞ V2 時，輸出脈沖，反之無輸出）。單穩(wěn)電路 1 和單穩(wěn)電 路 2 相互配合與或非門共同構(gòu)成一個可以重新觸發(fā)的單穩(wěn)電路，通過此單穩(wěn)電路，實現(xiàn)對脈沖序 列的延時積累，其輸出為 V3， V3 經(jīng)積分器積分后輸出 V4，最后經(jīng)整形電路整形后輸出， V5 并送入單片機處理。 系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機控制輪流工作。在單片機編碼發(fā)送完畢后，即 轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當接收一定時間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時 ，同時關(guān)閉接收放大器。因此，為保證測距正確，接收時間必須根據(jù)實際量程來限高頻振蕩 單脈沖 發(fā)生器 編碼 調(diào)制 編碼解調(diào) 距離顯示 聲光報警 超聲波換能器 功放 51 單片機 系統(tǒng) 收發(fā)轉(zhuǎn)換 接收放大 超聲波換能器 5 制時，眾所周知，聲波傳播的距離 s、速度 c 及傳播時間 t 之間的關(guān)系為： s=c t 。若系統(tǒng)量程為 5m，則接收時間 T 應滿足： msT *2 ?? (式 22) 6第 3 章 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)設計 本設計采用 AT89S51 單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超 聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器和計數(shù)器來完成，超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 ： 圖 31 超聲波測距器系統(tǒng)的框圖 系統(tǒng)框圖中的單片機 AT89S51 用來協(xié)調(diào)各個單元，超聲波接收電路用來接收要接收的信號，超聲波發(fā)射電路用來發(fā)射需要發(fā)射的信號，存儲器用來存儲接收的信號，用數(shù)碼管 LED 顯示距離 。 AT89S51 介紹 單片機的概述 由于此單片機應用在測距儀上，所以本設計選用 了 低功耗、低價格、小管腳 (40 腳 )的 AT89S51 單片機 。如圖 32所示 ： 圖 32 AT89S51芯片引腳圖 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80S51 引腳結(jié)構(gòu)， AT89S51具有 40 個引腳， 4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器， 128 Bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時器 計時器 調(diào)制器 接收檢測 聲電換能 振蕩器 電聲換能 障 礙 物 控制 顯示器 7 定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行 通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 引腳功能介紹 ：電源電壓。 ：地。 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL。 邏輯門電路，對端口寫： “ 1” 可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時 ， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 表 31 P1口的功能 端口引腳 第二功能 MOSI（用于 ISP 編程） MISO（用于 ISP 編程） SCK （用于 ISP 編程） 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上 拉電阻的 8位雙 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程或校驗時 ， P2亦接收高位地址和其它控制信號。 口： P3 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時，被外部拉低 的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示 表 P3口的功能 8端口引腳 第二功能 PXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） ：復位輸入。當振蕩 器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的 DISRTO 位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。 DISRTO 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。 ：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 ：外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程電壓 Vpp。 ：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期為兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有 兩次有效的 PSEN 信號。 ：振蕩器反相 放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 ：振蕩器反相放大器的輸出端。 傳感器的定義及作用 一、 廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會 (IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為： “傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號 ”。按照 Gopel 等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元 件 ”，而 “傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字 )能力的傳感器 ”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測信號輸入的第一道關(guān)口。 二、傳感器的作用