【文章內(nèi)容簡介】 于超聲波傳感器充分發(fā)揮接收靈敏度和自生的選頻作用。 3）反相端對地不提供直流通路，因此通過隔直電容 2C 提供直流通路。 圖 運(yùn)放構(gòu)成的超聲波接收電路 (3) LM1812 收發(fā)集成電路構(gòu)成 LM1812 是一種專用于超聲波接收和發(fā)送的集成電路，它即可 做發(fā)送電路，又可以做接收電路使用。如下圖所示： 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 15 圖 由 LM1812 構(gòu)成的接收電路 (4) CX20216 構(gòu)成的接收電路 圖 CX20216 構(gòu)成的接收電路 以上為常用的發(fā)射和接收電路，分立元件構(gòu)成的收發(fā)電路容易受到外界的干擾，體積、功耗也比較大。而集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡單，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，功耗低的優(yōu)點，所以首先考慮采用集成電路來 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 16 組成收發(fā)電路。 在由集成電路構(gòu)成的收發(fā)電路中 ，發(fā)射電路我們選用由非門構(gòu)成，接收電路采用由紅外接收檢波芯片 CX20216 構(gòu)成，主要是考慮到系統(tǒng)的調(diào)試簡單、成本低、可靠性好。 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 本次我們采用了 Atmel 公司的 AT89S52,該單片機(jī)主要特點如下： (1) AT89S52 系列單片機(jī)以 8051 為內(nèi)核，兼容 MCS51 系列單片機(jī)。 (2) AT89S52 系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi)部含有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。 (3) AT89S52 采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。 (4) AT89S52 支持 ISP（在線編程），不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序 。 (5) AT89S52 晶振頻率高達(dá) 24M，運(yùn)行速度更快。 (6) AT89S52 價格也比較便宜 6 元 /片 (7) 增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。 單片機(jī)電路 圖 單片機(jī)主電路 引腳功能： P0 口用來送顯示信號給 LCD 的數(shù)據(jù)為， P20~P22 送命令到 LCD 控制 LCD 的顯示方式。 為 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。 接測量按鍵。 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 17 復(fù)位電路 單片機(jī)在 RESET 端加一個大于 20ms 正脈沖即可實現(xiàn)復(fù)位，上 電復(fù)位和按鈕組合的復(fù)位電路如下： 在系統(tǒng)上電的瞬間， RST 與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST 電位下降，于是在 RST 形成一個正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫崿F(xiàn)復(fù)位，即 20??RC? ms。一般取R? 1 ?K ， C? 22uF。 當(dāng)人按下按鈕 S1 時，使電容 C1 通過 R1 迅速放電，待 S1 彈起后， C 再次充電，實現(xiàn)手動復(fù)位。 R1 一般取 200? 。 圖 復(fù)位電路 時鐘電路 當(dāng)使用單片機(jī)的內(nèi)部時鐘電路時，單片機(jī)的 XATL1 和 XATL2 用來接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇 3M~24M，電容選擇 30pF 左右。我們選擇晶振為 12MHz,電容 33pF。 圖 時鐘電路 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 18 按鍵電路 我們通過 來啟動測量，程序中通過查詢 的電平來檢測是否按鍵被按下，電路原理如下： 當(dāng)按下按鍵時 為低電平，單片機(jī)通過 查詢到低電平開始測量距離，當(dāng)松開按鍵， 即為高電平。在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機(jī)械抖動。 圖 按鍵電路 蜂鳴器電路 本次設(shè)計通過一只蜂鳴器來提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開始了測距。蜂鳴器時一塊壓電晶片，在其兩端加上 3~5V的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz的蜂鳴聲。電路如圖 通過單片機(jī)軟件產(chǎn)生 3KHz 的信號從 口送到三極管 的基極，控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖 蜂鳴器電路 超聲波發(fā)送電路 超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和 超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號選用 CSB40T（其中心頻率為 40KHz）?？梢圆捎密浖a(chǎn)生 40KHz 的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)過動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計一個驅(qū)動電流為 100mA 以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是無需驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。本次我們采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 19 74LS04，具體 電路如圖： 圖 超聲波發(fā)送電路 從圖中可知，當(dāng)輸入的信號為高電平時，上面經(jīng)過兩級反向 CSB40T 的 1 引腳為高電平，下面經(jīng)過一級反向后為低電平；當(dāng)輸入信號為低電平時，正好相反，實現(xiàn)了振蕩的信號驅(qū)動 CSB40T，只要控制信號接近 40KHz，就能產(chǎn)生超聲波。 超聲波接收電路 超聲波接收包括接收探頭，信號放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭相同的型號，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。由于超聲波接收探頭的信號非常弱，所以 必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過波形變換。本次設(shè)計為了降低調(diào)試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機(jī)上面的一種紅外接收檢波芯片 CX20216，由于紅外遙控的中心頻率在 38KHz，和超聲波的 40KHz 很接近，所以可以用來做接收電路。 CX20216 是日本索尼公司的產(chǎn)品，采用單列 8 引腳的直插式封裝，內(nèi)部包含自動偏置控制電路、前置放大電路、帶通濾波、峰值檢波、積分比較器、斯密特整形輸出電路，配合少量外接元件就可以對 38KHz 左右的信號的接收與處理，該芯片內(nèi)部如下圖所示： 圖 CX20216 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 20 CX20216 構(gòu)成本次設(shè)計接收電路如下圖： 圖 超聲波接收電路 使用 CX20216A集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益 80db。以下是 CX20216A 的引腳注釋。 1 腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們 的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R4 或減小 C4,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C4 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R4=， C4=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(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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。 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 21 溫度采集 DS18B20 電路 物理學(xué)告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為： TC G ??? 3 1 ，由此可 見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加 1176。 C，超聲波速度約增加，本次我們考慮溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計更加精確，溫度的采集通常使用DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如下圖所示。 DS18B20是美國 DALLS 公司推出的 DS1820 的替代產(chǎn)品，具有 1 12 位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時默認(rèn)的精度是 12 位，測量精度一般為 176。 C，軟件處理后可以達(dá)到 176。 C，溫度輸出以 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在先，以176。 C/LSB 形式表達(dá)。其中高五位為擴(kuò)展 符號位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)， 9 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms， 12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn) 圖 DS18B20 溫度傳感器 換時間為 750ms。 DS18B20 引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是 1 （ GND）、2（輸入 /輸出）、 3（ VDD）。圖中的 R13 為上拉電阻，阻值選 5K 左右。 LCD 顯示電路 本設(shè)計采用 LCD 液晶顯示屏顯示。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點，這里使用 YB1602 液晶屏， 1602 顯示模塊用點陣圖形顯示字符，顯示模式分為 2行 16 個字符。 它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳，如下圖所示： 第一腳 GND：接地。 第二腳 VCC： +5V電源。 第三腳 VO：對比度調(diào)整端。使用時通過接一個 10K 的電阻來調(diào)節(jié)。 第四腳 RS:寄存器選擇信號線。 第五腳 RW:讀寫信號線。 第六腳 E：使能端，當(dāng) E 由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行命令。 第 7~14 腳： 8 位數(shù)據(jù)線 D0~D7。 第十五腳 BLA:背光電源正極輸入端。 第十六腳 BLK:背光電源負(fù)極輸入端。 圖 LCD 顯示電路 電子與電氣工程系畢業(yè)設(shè)計論文 22 操作控制表 操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫 數(shù)據(jù) 輸入 RS=0， RW=1，E=1 RS=0， RW=0， D0~7= 指令碼， E=H 脈沖 RS=1， RW=1，E=1 RS=1， RW=0， D0~7= 數(shù)據(jù)， E=H 脈沖 表 LCD1602 操作指令 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。 因為 1602識別的是 ASCII 碼，試驗可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’。 1602通過 D0~D7的 8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 顯示模式設(shè)置： (初始化 ) 0011 0000 [0x38]設(shè)置 162顯示， 57點陣， 8位數(shù)據(jù)接口； 顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 ) 0000 1DCB D 顯示 (1有效 )、 C 光標(biāo)顯示 (1有效 )、 B 光標(biāo)閃爍 (1有效 ) 0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加 1 amp。光標(biāo)加 1)， N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減 1 amp。光標(biāo)減 1)， S=1 且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移 ) s=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) 其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指 針 =0)。 電源電路 電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器