【文章內(nèi)容簡介】 ,將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C1的改變會影響到頻率特性， 17 一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R1= ， C1=1μF 。 3 腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度 變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 。 4 腳：接地端。 5 腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ 時， f0≈42kHz ，若取 R=220kΩ ，則中心頻率f0≈38kHz 。 6 腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。 8 腳：電源正極， ～ 5V。 最初，我們直接用 7腳輸出，但用示波器發(fā)現(xiàn)無信號是其輸出高電平的同時夾雜這少量的低電平。因此，我們在此處再加一個旁通電容，平均華其電壓輸出，以去除低電平信號。 CX20216A引腳圖和 超聲波接收電路如圖 37所示 。 18 圖 CX20216A引腳圖和 超聲波接收電路圖 37 19 3. 5. 5 鳴響電路、電源電路 鳴響電路和電源電路如圖 38所示： 鳴響電路、電源電路 圖 38 限制系統(tǒng)的最大可測 距離的因素 限制系統(tǒng)的最大可測距離存在 四個因素：超聲波的幅度，反射 面 的質(zhì)地，反射聲波 和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。 由此可以看出 接收換能器對 20 聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。 硬件電路設計總結(jié) AT89S52單片機通過外部引腳 2個左右超聲波脈沖信號（頻率為 40KHz，脈沖寬度為 25us左右），以推挽的形式反射出去，同時打開計數(shù)器，等待反射信號。反射信號通過三個三級管的放大電路將信號放大后送到單片機中。單片機再通過一定的算法對數(shù)據(jù)進行處理，完成之后，以動態(tài)掃描 的形式顯示的 LED上面。這就是超聲波測距儀硬件電路的基本原理。 用 PROTEL 繪制原理圖 1． 設計圖紙大小 進入 Protel 99SE 后，首先要構(gòu)思零件圖，設置圖紙大小。圖紙大小根據(jù)電路圖的規(guī)模和復雜程度而定，設置合適的圖紙大小示設計原理圖的第一步。 2. 設置設計環(huán)境 設置 Protel 99SE 的設計環(huán)境包括設置格點大小和類型，光標類型等。一般大多數(shù)參數(shù)均可用系統(tǒng)默認值，設置之后無需修改。 3. 放置元件和定義元件屬性 在這個階段，設計者根據(jù)電路圖的需要，將元件實體從元件庫（ *.LAB）中取出放置到圖紙 上，并定義放置元件的序號和元件封裝等。另外，還需要對齊放置的元件，然后根據(jù)需要設置元件參數(shù)。 4． 原理圖布線 原理圖布線即利用 Protel 99SE 提供的各種連線工具，用具有電氣意義的導線、網(wǎng)絡標號、端口標號和電氣連接點等連接圖紙上的元件，構(gòu)成一個完整的原理圖。 5． 調(diào)整線路 調(diào)整線路即進一步調(diào)整和修改初步繪制的電路圖，使其更加美觀使用。 ，保存以便日后使用。 總圖在附件一 4 軟件設計 總體方案 超聲波測距器的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接收中 斷子程序及顯示子程序組成。 編譯器采用 keil c51。該編譯器是 51系列單片機程序設計的常用工具，既可用 匯編 語言，也支持 C編譯。同時具有完善的調(diào)試功能。 程序流圖 21 圖 41 超聲波測距儀程 序流程圖 超聲波測距的原理在前面已經(jīng)介紹過了，即超聲波發(fā)生器 T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波信號遇到被測物體后反射回來，就會被超聲波接收器 R接收到，此時只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)射器與反射物體的距離。該距離的計算公試為： / 2 ( ) / 2d s v t? ? ? () 其中： d 為被測物與測距儀的距離； s 為聲波往返的路程； v 為聲速； t 為聲波往返所用的時間。 主函數(shù) 主函數(shù)程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0工作模式為 16位定時計數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，開始 發(fā)射超聲波脈沖 打開定時 計算距離 顯示結(jié)果 系統(tǒng)初始化 等待反射超聲波 22 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)，需要延時一段時間（這也是超聲波測距器會有一個最小可測距離的原因）后打開外中斷 0接收返回的超聲波信號。由于采用的是 24MHz的晶振 ，計數(shù)器每計一個數(shù)是 ，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器 T0中的數(shù)（即超聲波往返所用的時間）按試 ()計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設計時取 20攝式度時的聲速 344m/s，則有 d=172m/s*t0=8/1000cm () 其中： 0T 為計數(shù)器 T0的計數(shù)器。 測出距離后結(jié)果將送往 LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用匯編語言編寫。 接收子程序 超聲波發(fā)生子函數(shù)的作用是通過 ，脈沖寬度為25us左右（頻率約為 40kHz），同時把計數(shù)器 T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子函數(shù)比較簡單，但要求程序運行時間準確。 超聲波測距儀主函數(shù)利用外中斷 0檢測返回超聲波信號，一旦接受到返回超聲波信號（溢出標志位為 1），計算距離，顯示結(jié)果。 若計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則溢出標志位為 0，則表示測距不成功。 詳細程序在 附件 二 5．制作與調(diào)試 硬件的制作與調(diào)試 電路設計完成之后，就要進行硬件的制作了。制作硬件電路是制作這個儀器的前提保證，所以也是非常重要的一步。 首先就布局。布局的好壞是影響整個儀器的制作的。布局的第一步先要選好一塊合適的試驗版， 把實物先在沒有焊盤的一面布局。考慮到軟件調(diào)試和以后更換的需要， AT89S5 74LS04 、 74LS164 要插入插座使用，所以布局時使用插座。布局 23 時要考慮連接線的焊接，元件與元件之間盡量不要靠得太近，要留出足夠的空間給連接線，特別是接收電路和單片機以及兩個超聲換能器之間的距離。確定好了布局，接下來就是焊接了。 其次是焊 接。焊接實驗板是一項細致的工作。實驗板的焊接不同與成品 PCB 的焊接，每一根走線都要經(jīng)過測量 —— 彎角 —— 剝線 —— 焊接的過程，工作量大大增加。走線彎角要盡量走直角。有些點距離很近，走線不好焊接，就直接用焊錫短路。 再是硬件的調(diào)試。硬件調(diào)試，首先是線路的檢查。焊接完實驗板后檢查器件有否錯焊、漏焊、虛焊，電解電容是否焊反，走線是否正確。再用萬用表檢查兩點之間是否有虛焊。檢查無誤后，接下來就是上電，這時， AT89S5 74LS04 不要插上。在正式上電前，用萬用表量一下電源與地是否短路。短路的話，要耐心檢查、排除故障 。 然后進行顯示電路，用同樣的方法對顯示部分進行調(diào)試后，給單片機與數(shù)碼管段碼連接的輸出的各個引腳加高低不同的電平，在用一個高電平分別對位碼進行選種，數(shù)碼管能夠顯示，說明顯示部分電路沒有了問題。 最后對發(fā)射和接收電路，用函數(shù)信號發(fā)生器把 40K 的方波信號直接加到發(fā)射電路的輸入端后，用示波器檢測超聲波發(fā)射的換能器，結(jié)果有方波信號。再用函數(shù)信號發(fā)生器對超聲波接收的換能器直接加 40K 的方波信號，用示波器對接收電路輸出端進行檢測。 通過這些過程，硬件部分的調(diào)試就基本上完成了，剩下的就只有軟件和硬件之間的聯(lián)調(diào)了。 軟件的調(diào)試 本程序采用 匯編 語言編寫。編程環(huán)境是 keil c51。 首先，先編每一個子模塊。包括顯示程序、超聲波發(fā)生程序和主函數(shù)，用 keil c51看是否實現(xiàn)了預先的功能。 其次，在保證每一個子程序都正確的前提下，把所有的子程序都結(jié)合起來進行調(diào)試，保證沒有語法錯誤，并可以用端口來驗證是否正確。也可以用海神的仿真軟件進行仿真，雖然跟現(xiàn)實有所不符，但是還是不會差太遠的。 最后，在能基本實現(xiàn)功能的條件下，對程序再進行反復的修改，使其達到指標要求。 軟硬件結(jié)合調(diào)試 在做好軟件和硬件的調(diào)試之后，就可以把兩者結(jié)合到一起了。 把程序用燒路器燒到單片機中，看其是否實現(xiàn)所要求的功能，如 果不行，則要 24 進行反復的調(diào)試，不斷的對軟件和硬件進行修改。由于采用 匯編 語言編寫，所以在時序方面要多進行調(diào)試，知道時序符和要求，以達到功能。最后做出來的超聲波測距儀基本上實現(xiàn)功能，只是有一些干擾，可以再超聲波接收電路上套上一個罩子，以減少干擾，也可以通過其它方法。 在程序設計時，由于超聲波的速度受溫度的影響，對于精度要求高的情況下，要進行溫度補償措施，對于精度要求不太高的情況下可以不進行溫度補償措施，但為了能使精度盡可能高的情況下，即使在精度要求不太高的情況下，也要對距離進行相應的處理，以達到指標要求 。 6 結(jié) 論 整個畢業(yè)設計過程歷經(jīng)三個多月，通過對這個超聲波測距儀的制作，培養(yǎng)了我各方面的能力，包括學習能力，動手能力和實際操作能力。這是一種綜合能力的培養(yǎng)，通過這個可以驗證你四年所學的知識是否扎實。 首先這個畢業(yè)設計要注意一下幾點： 1． 設計完電路以后，進行焊接之前要注意擺放元器件的擺放位置，因為如果元器件擺放不當可能會造成干擾，影響最后的測量結(jié)果。 40KHZ已經(jīng)屬于高頻的部分它對元器件的擺放和焊接都有很高的要求，所以即使焊接正確，軟件編程也正確，但不能保證兩個湊到一起就能正確顯示結(jié)果。 2． 安裝時應保持兩換能器中心軸 線平行并相距 3～ 5cm，如果距離太近，兩換能器會互相干擾，影響測量結(jié)果。 3． 發(fā)射頻率的選擇也很重要， 頻率越高，衰減系數(shù) a越大，傳播的距離也越短。在實際的應用中，一般選用 30 100KHz的超聲波進行距離測量，比較的典型的頻率為 40KHz。 4． 接收電路，主要注意的就是要將接收信號的電路放大，這里還要注意的是接收電路要離單片機盡量遠一點。 5． 編程的時候由于采用的是匯編語言，因為匯編語言比 C語言來說在時間精確度方面精確了一些，但在編程的時候還是要注意時間延時的調(diào)試。 這 次畢業(yè)設計基本上實現(xiàn)了所要求的各項指標，但由于時 間、水平和經(jīng)驗方面的欠缺，本設計在很多方面還有很多的不足，比如干擾、電路設計合理性等問題，這些還需日后有待解決。 通過實際工程的設計也使我了解到書本知識和實際應用的差別。在實際應用中遇到很多的問題，這都需要我對問題進行具 25 體的分析，并一步一步地去解決它。這就讓我認識到只有不斷的學習才會不斷的提高。 致謝 在學習了模擬電路、數(shù)字電路、單片機原理以及微機基礎等相關(guān)電子學科后，我參加 畢業(yè)設計過程歷經(jīng)三個多月，通過這個超聲波測距儀的制作，不緊鞏固了我在 大學器件所學的知識，而且培養(yǎng)了自己動手能力和實際操作能力，這是用來 驗證大學期間所學的知識。 在這次的設計中，最大的收獲是發(fā)現(xiàn)了我的不足之處。以前學習的時候，感覺學的扎扎實實的，好像什么都知道 ,但是我現(xiàn)在才真真的明白 :實踐是檢驗真理的唯一標準。很多知識只有應用到實際，才能真正地領會到其中的奧秘，才能真正地學會它。所以在設計當中，我不斷的復習、鞏固學過的知識，不斷地請教老師，最后才把作品設計好。 在這期間，許多人給與了我很多幫助。首先，我要感謝學校給我這次實踐機會。其次，我要感謝我的指導老師 詹 老師， 衷心感謝他這幾個月來對我的嚴格要求和無私幫助。 他給與了我很多幫助，尤其在我們 遇到各種難題， 他總能引導我們走向光明。 更重要得是他不但幫助我解決了困難而且教給了我解決困難的方法和做人的道理。 再次我要感謝所有給與我?guī)椭耐瑢W和老師，謝謝他們給我的許許多多的幫助。 最后感謝學校和老師們大學 叁 年對我的培養(yǎng)。感謝父母對我的養(yǎng)育之恩。 同時向答辯委員會審閱我論文的各位專家領導表示衷心的感謝。 總 結(jié) 在學習了模擬