【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，我們使用前必須預(yù)先了解清楚該探頭的性能參數(shù)。 超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括： （ 1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 （ 2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。 （ 3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。超聲波測(cè)距模 塊如圖 36 所示。 圖 36 超聲波測(cè)距模塊 14 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 如圖所示，這個(gè)模塊有五個(gè)引腳，引腳的功能分別是，電源（ +5V），控制引腳，接收端，空引腳，接地引腳。 LCD1602 液晶顯示器 為了顯示方便，設(shè)計(jì)增加了顯示器，相對(duì)價(jià)格來(lái)說(shuō)，選擇了這款比較熟悉的。從功能上來(lái)說(shuō)，它使用的是 +5V 的電壓，是本設(shè)計(jì)中的使用電壓，對(duì)比度可調(diào)，有復(fù)位電路，以及各種控制命令，等等好處。 LCD1602 引腳圖如圖 37 所示。 圖 37 LCD1602 引腳圖 引腳功能如下： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 15 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 小結(jié) 本章對(duì)所用到的主要的硬 件做了簡(jiǎn)單的介紹，包括 DS18B20 測(cè)量溫度，只占用單片機(jī)的一個(gè)引腳，大大的簡(jiǎn)化了單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 MAX232 的電平轉(zhuǎn)換給需要+12V 的串口提供了足夠的電壓。 STC12C5A60S2 整個(gè)系統(tǒng)的心臟部分。 LCD1602提供了實(shí)時(shí)顯示，并介紹了引腳的作用。 16 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電路規(guī)劃說(shuō)明 整個(gè)電路分為兩個(gè)部分，超聲波的電路和 MAX232 電路。對(duì)于溫度的電路部分不需要特意去準(zhǔn)備。因?yàn)?DS18B20 可以直接和主芯片相連。對(duì)于超聲波的電路設(shè)計(jì)，是通過(guò)接受的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大 后傳進(jìn)主芯片的。 MAX232 的電路是固定的，所以需要的是動(dòng)手做。 電路原理圖設(shè)計(jì) 電路圖設(shè)計(jì) 原理圖的設(shè)計(jì)是先在稿子上畫(huà)好大體的模樣，需要的零件，然后在 Protel上畫(huà)。對(duì)于資料的整理需要從網(wǎng)絡(luò)或者圖書(shū)里得到芯片的每個(gè)引腳的功能，便于連線，對(duì)需要用到的零件有一定的認(rèn)識(shí)。電路原理圖如圖 41 所示。 圖 41 原理圖 17 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖中由于需要封裝的原因以及部分零件庫(kù)里面沒(méi)有，有代替零件。 PCB 圖設(shè)計(jì) PCB 電路圖設(shè)計(jì)方法 （ 1）原理圖畫(huà)好和將每個(gè)元件的封裝添加好（確保填入的 PCB 封裝與原理圖中元件可對(duì)應(yīng)） （ 2）做 ERC 校 驗(yàn) （ 3）生成網(wǎng)絡(luò)表。 （ 4）在 PCB 設(shè)計(jì)界面中裝入此網(wǎng)絡(luò)表。設(shè)定好板層。 （ 5）元件布局 （ 6）連線 （ 7）規(guī)則檢查 [9]。 PCB 圖 PCB 圖如圖 42 所示。 圖 42 PCB 圖 18 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 感光法制作電路板 （ 1） 準(zhǔn)備 PCB 圖 : 注意其大小，最在用 Protel 畫(huà)圖的時(shí)候?qū)鸥竦拇笮≌{(diào)整。 （ 2）打印 : 用激光打印機(jī)將 PCB 圖打印到菲林紙上。在打印之前要設(shè)置打印選項(xiàng)，因?yàn)槲业膱D是在底層的，所以要選擇打印底層并選擇打印孔、不需要鏡像。 （ 3） 裁板 : 因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室里使用的感光板是 15cm 10cm大小的，而我的板子是 。所以需要將感光板裁成合適大小，避免浪費(fèi)。我用的是電鉆來(lái)裁剪感光板，同時(shí)選用直徑為 毫米的銑刀作為電鉆的鉆頭。 （ 4）曝光 : 將打印有電路圖的菲林紙鋪在撕去了保護(hù)膜的感光板上（注意將菲林紙有墨的一面種感光板貼緊），將鋪好菲林紙的感光板放在兩塊玻璃板中間，用夾子夾好固定，將夾好的玻璃板放于日光燈下曝光（注意將有菲林一面朝上）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在夏天，用日光燈曝光時(shí)間約為 8 到 9 分鐘，冬天可長(zhǎng) 1 到 3 分鐘，不過(guò)同時(shí)要根據(jù)室外的光線來(lái)調(diào)整曝光時(shí)間，最好不要晚上做板子，除非你有曝光機(jī)。曝光圖如圖 43 所示。 圖 43 曝光 19 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 （ 5） 顯影 : 將顯影劑（燒堿）與水按 1： 20 的比例配置好，如果實(shí)在是沒(méi)有測(cè)量工具的話可以先在容器倒入一礦泉水瓶的三分之一水量，然后放入約為小手指大小的顯影劑，混合均勻后，放入一小塊的感光板實(shí)驗(yàn)一下，之后根據(jù)它的反應(yīng)來(lái)調(diào)整顯影劑的濃度。然后將曝光好的板子放入其中顯像，并微微晃動(dòng)讓板子表面的顯影液均勻流動(dòng)。顯影劑配置的好的話，只要幾分鐘就能看到最終效果：除線路和焊盤(pán)上一層綠色的感光膜外，其他地方均為 裸露的紅色銅。 顯影圖如圖 44 所示。 圖 44 顯影 （ 6） 蝕刻 : 將三氯化鐵按與水的比例為 4： 6 配置好，將顯影好的板子放入裝有三氯化鐵溶液的塑料盆中（不要用金屬盆，特別是銅的），蝕刻電路板，在蝕刻的同時(shí)，如果給溶液加熱的保持溫度在 5060 度之間，溫度越高蝕刻速度越快。最終效果 是 除有線路的地方有感光膜覆蓋銅線外，其他地方的銅均已被腐蝕掉，剩下絕緣的基板，這樣電路板就算是做好了。 （在這個(gè)過(guò)程中，可能無(wú)法很好的掌握好比例，可以通過(guò)調(diào)節(jié)水溫的方法實(shí)現(xiàn)）。蝕刻圖如圖 45 所示。 20 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圖 45 蝕刻 （ 7） 去膜：將蝕刻好的電路板，再次放入顯影液溶液中，去掉線路上的感光膜，這個(gè)顯影液的濃度沒(méi)有什么要求。最終效果是板上只剩下需要的線路，且線路上沒(méi)有感光膜，均為紅色的銅線。 （ 8）鉆孔：用電鉆對(duì)零件孔或需要鉆孔的地方進(jìn)行鉆孔，選用 的鉆頭。鉆孔圖如圖 46 所示。 圖 46 鉆孔 手工焊接技術(shù) （ 1） 焊接的工具 21 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 焊接所用的工具為電烙鐵，電烙鐵有內(nèi)熱式和外熱式兩種，電子制作中以 20－40W 的內(nèi)熱式烙鐵為宜，焊臺(tái)是比電烙鐵更為優(yōu)越的焊接工具。不同用途所使用的烙鐵類(lèi)型也不同，從烙鐵頭就可以分為很多種 ，一般使用的是尖錐式密集焊點(diǎn)的烙鐵。暫時(shí)不用的電烙鐵要放在烙鐵架上，新的烙鐵也不能拿來(lái)就用，需要先給烙鐵鍍上一層焊錫才能使用。 （ 2） 錫焊前的預(yù)制工作 先用砂紙或利器將焊件表面的氧化物及污垢處理干凈，使焊件露出金色光澤，然后用預(yù)熱好的烙鐵頭沾上錫，在焊件表面均勻地涂上一層錫，良好的鍍層應(yīng)該均勻發(fā)亮，無(wú)顆粒和表面凹凸現(xiàn)象。 （ 3） 手工焊接的五步操作法 A 準(zhǔn)備施焊：一手拿電烙鐵，一手拿焊錫絲。電烙鐵有握筆式和拳握法。 B 加熱焊接點(diǎn)：將烙鐵邊側(cè)放置于焊件與焊盤(pán)形成的直角處，使焊接升溫。 C 送入焊 錫絲：及時(shí)將焊錫絲放置到電烙鐵焊接處的對(duì)面，接觸焊件。 D 移開(kāi)焊錫絲：落在焊點(diǎn)上的焊料適量后，迅速移開(kāi)焊錫絲。 E 移開(kāi)電烙鐵：當(dāng)焊點(diǎn)上的焊料接近飽滿(mǎn)，充分浸潤(rùn)在焊盤(pán)和焊件之間，在焊錫最光亮，流動(dòng)性最強(qiáng)時(shí)，及時(shí)迅速地移開(kāi)電烙鐵，移開(kāi)的時(shí)候往上稍稍提拉（完全焊接過(guò)程所用的時(shí)間大約 3－ 5 秒）。 （ 4） 焊接技術(shù)要點(diǎn) ① 注意焊接時(shí)機(jī)。 最好的焊接時(shí)間是在做完了電路板之后就立即焊接，防止電路板放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)被氧化，所以電路板打好孔之后中馬上就進(jìn)行焊接。 ② 注意拿板方式。 不要用手直接接觸電路板的銅線電路，防 止手上的污漬沾上電路板，導(dǎo)致元件焊接不上。正確的方式應(yīng)該是使用手指同時(shí)拿板的邊緣處。 ③ 注意焊接順序。焊接順序?yàn)橄群附釉叨鹊偷模蠛附釉叨雀叩?，比如飛線就應(yīng)該最先焊。 部分元件，如 DIP 封裝的底座、 IDC 封裝的插針，最好是裝上元件之后，再進(jìn)行焊接，防止底座因受熱變形，影響焊接過(guò)程。 ④ 注意焊接過(guò)程中元件高度調(diào)整。元件焊接完后，應(yīng)該是緊靠在板上的，防止之后意外受力，導(dǎo)致反面焊接處的銅皮翹起斷裂，所以，在焊接兩個(gè)引腳的元件的 22 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 時(shí)候，應(yīng)先焊一邊的管腳，壓緊后再焊另一邊的管腳；焊接多個(gè)引腳的元件的時(shí)候，先對(duì) 角焊好，調(diào)整后再焊其他的引腳。 電路板成品圖 下圖為修改前的成品圖如圖 47 所示。 圖 47 成品圖 小結(jié) 對(duì)于硬件的做法，只為這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而去準(zhǔn)備，而不是批量化的生產(chǎn)，是比較麻煩的。在制作的過(guò)程中因?yàn)闊o(wú)法正確的掌握藥品的用量，所以開(kāi)始很擔(dān)心，但是后來(lái)在做的過(guò)程中，認(rèn)為升高溫度應(yīng)該也是可以的，就用了升高溫度，結(jié)果是肯定的。對(duì)于其他步驟，在做的過(guò)程中才能感悟到，實(shí)踐很簡(jiǎn)單，就是照做就行，也有點(diǎn)難， 23 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 因?yàn)榧?xì)節(jié)很難把握。 24 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 程序設(shè)計(jì) 程序 整體規(guī)劃說(shuō)明 程序是單片機(jī)內(nèi)使用的程序，通過(guò) Keil 來(lái)調(diào)試，再通過(guò) ISPLAY 寫(xiě)入單片機(jī)。在程序內(nèi)部，首先是對(duì)單片機(jī)的初始化， DS18B20 初始化，串口置位，超聲波置位。然后對(duì)溫度的測(cè)量，在得到溫度的同時(shí)超聲波測(cè)量時(shí)間差，并和溫度進(jìn)行運(yùn)算得到距離值。在通過(guò)串口傳送出去， LCD 是實(shí)時(shí)負(fù)責(zé)顯示的部分。在本章中列出了一些重要的程序段，但詳細(xì)程序見(jiàn)附錄一。 DS18B20 溫度傳感器程序 對(duì)于本程序單片機(jī)訪問(wèn) DS18B20 需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟 ,DS18B20 程序流程圖如圖 51 所示。 圖 51 DS18B20 程序流程圖 說(shuō)明如下。 （ 1） DS18B20 復(fù)位。 25 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 （ 2）寫(xiě)入跳過(guò) ROM 的字節(jié)，即 0xcc。 （ 3）寫(xiě)入開(kāi)始轉(zhuǎn)換的功能命令， 0x44。 （ 4） DS18B20 再次復(fù)位。 （ 5）再次寫(xiě)入跳過(guò) ROM 的字節(jié)，即 0xcc。 （ 6）寫(xiě)入暫存的功能命令， 0xbe。 （ 7）讀入結(jié)果的低八位。 （ 8）讀入結(jié)果的高八位 [10]。 其中讀出數(shù)據(jù)部分程序?yàn)椋? void TemperatuerResult(void) { unsigned char i,temp_buff[2],crc_data=0。 while(Init_DS18B20())。 WriteOneChar(0xcc)。 WriteOneChar(0x44)。 delay_ds18b20(50000)。 while(Init_DS18B20())。 WriteOneChar(0xcc)。 WriteOneChar(0xbe)。 for(i=0。i2。i++) { temp_buff[i] = ReadOneChar()。 } tpmsb=temp_buff[1]。 //讀入溫度數(shù)據(jù)高字節(jié) tplsb=temp_buff[0]。 //讀入溫度數(shù)據(jù)低字節(jié) } 26 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 超聲波測(cè)距程序說(shuō)明 超聲波程序主要是對(duì)電平的控制，對(duì)單片機(jī)里的時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，就是對(duì)發(fā)射和接受所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。然后得到時(shí)間差，再用這個(gè)時(shí)間差和溫度值進(jìn)行計(jì)算就可以得到所需要的比較準(zhǔn)確的距離值。超聲波程序圖如圖 52 所示。 圖 52 超聲波程序圖 如圖，單片機(jī)向探頭 T 發(fā)送一個(gè)脈沖，超聲波遇到障礙物時(shí)返回這 個(gè)脈沖，然后和 DS18B20 所取得的溫度一起計(jì)算，可得到距離。計(jì)算公式為距離 s=（發(fā)送脈沖時(shí)間 得到信號(hào)時(shí)間） *超聲波速度 /2；超聲波速度 v=+*溫度值。其中超聲波程序讀取數(shù)據(jù)部分程序?yàn)椋? while(1) //檢測(cè)到高電平時(shí)定時(shí)器 0 開(kāi)始計(jì)時(shí) { if(ECHO==1) { TH0 = 0。 TL0 = 0。 TR0 = 1。 break。 } if(TH0amp。0x80) { flag = 1。 27 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)士