【導(dǎo)讀】氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用反射超聲波測量待測距離。器原理與特性和超聲測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了論證，對測距系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進(jìn)行了討論。高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標(biāo)志，而這是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的。至是只能依靠無損檢測技術(shù)的運(yùn)用方可予以發(fā)現(xiàn)和評價(jià)。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的。無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專。業(yè)可以發(fā)展的最大動(dòng)力。

　　

【正文】 8K 字節(jié)快閃可編程 /擦除只讀存儲器(FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與 AT89S52 指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。 1) AT89S52 的主要性能包括 : (1)與 MCS51 單片機(jī) 產(chǎn)品兼容 (2)8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 (3)1000 次擦寫周期 (4)全靜態(tài)操作 :OHz}33Hz (5)三級加密程序存儲器 (6)32 個(gè)可編程 vo 口線 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 25 （ 7)三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (8)八個(gè)中斷源 (9)全雙工 DART 串行通道 (10)低功耗空閑和掉電模式 (11)掉電后中斷可喚醒 (12)看門狗定時(shí)器 (13)雙數(shù)據(jù)指針 (14)掉電標(biāo)識符 2), AT89S52 內(nèi)部分 工 AT89S52 內(nèi)部有 256 個(gè)字節(jié)的 RAM，地址范圍是 OOHFFH，但實(shí)際提供給用戶使用的只有 128 個(gè)字節(jié) (OOH7FH )別 28 個(gè)字節(jié) (80HFFH)是特殊寄存器區(qū)。除 ROM 和RAM 外，芯片內(nèi)部還有三個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。在本系統(tǒng)中定時(shí)器 TO用來計(jì)時(shí)，定時(shí)器 T1用來做波特率發(fā)生器。 時(shí)鐘電路 系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 XTAL 1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和 輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 C1和 cz構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為 20pF。在焊接電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器能穩(wěn)定和可靠地工作。時(shí)鐘電路如圖 所示。 X 1X 2C 3 62 0 PC 3 52 0 P1 2 M 圖 時(shí)鐘電路 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 26 復(fù)位電路 復(fù)位電路目的是在需要的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)。復(fù)位電路有各種各樣，但是在工作環(huán)境惡劣的情況下對復(fù)位電路的要求會(huì)更為嚴(yán)格，本系統(tǒng)中采用 MAX5045 芯片專做復(fù)位芯片。如圖 所示。 1A 11A 11A 1KR 2R 187652651P 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4R E S E T8 9 5 5 2M A X 5 0 4 59S OC SS TS C KR E S E TW PV c c73 CsS0WPVssVccRESETSCKSI12348765 圖 超聲波測距系統(tǒng)復(fù)位電路 圖 MAX5045 引腳 X5045 最主要特點(diǎn)有 [10] (1) 512 字節(jié)串行 EEPROM。 (2)集成了可編程看門狗定時(shí)器 (可設(shè)定看門狗超時(shí)時(shí)間，典型時(shí)間200ms,600ms, 或禁止 )。 (3)上電復(fù)位及低電壓檢測，即在上電和 VCC 低于檢測門限時(shí)，輸出復(fù)位信號。X5045 輸出復(fù)位高電平有效， X5043 輸出復(fù)位電平低有效，確保直至 VCC=1 V 復(fù)位信號仍有效 。 (4)編程的復(fù)位門限。需加高電壓 (1518V 加在 WP 引腳 )及一個(gè)專門時(shí)序 。 (5) SPI 接口方式，最高可達(dá) 1 MHz 串行時(shí)鐘頻率 。 (6)低功耗 CMOS 電路 (備用電流 lOuA、工作電流 3mA)。 (7)功耗低，通信速度快 (最高 , X25045/3 為 IM Hz)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用 這種設(shè)計(jì)降低了系統(tǒng)成本，簡化了設(shè)計(jì)，減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性。 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 27 圖 系統(tǒng)總體硬件示意圖 軟件設(shè)計(jì)采用 c語言、匯編混編編程，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，對不同功能模塊的程序進(jìn)行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。 軟件設(shè)計(jì)思路是 :系統(tǒng)初始化、發(fā)射脈沖串、計(jì)時(shí)、接收輸入脈沖，接收串口輸入速度值 、計(jì)算距離、顯示距離值，重復(fù)。 超聲波測距系統(tǒng)軟件部分各模塊聯(lián)系關(guān)系圖如圖 模塊中，單片機(jī)是主題，各模塊關(guān)系平行，在程序執(zhí)行中，順序執(zhí)行。 圖 測距系統(tǒng)各模塊聯(lián)系圖 按照測距儀的需要 :根據(jù)時(shí)間 t、速度 v進(jìn)行 L=vxt 運(yùn)算得到距離 L 時(shí)間 t:用單片機(jī)產(chǎn)生 40kHz 的脈沖串，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)觸發(fā)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波接收探頭接收到回波信號時(shí)中斷計(jì)時(shí)器，由此得出超聲波的傳輸時(shí)間 T。其程序流程圖 所示。 經(jīng)過公式 : 單片機(jī) 顯示模塊 初始化模塊 接收模塊 運(yùn)算模塊 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 28 24108 3 5 1 1 0 3 3 1)( iiii TTTV ????? 計(jì)算得速度 V。 得到速度后，按照測距公式由單片機(jī)計(jì)算出測得距離并輸出顯示。 圖 程序流程圖 初始化模塊 模塊分別對定時(shí)器 T0, T1 做初始化， TO工作方式 1, 16 位定時(shí)。聲波在空氣中傳播，超聲波所傳播距離為發(fā)射處到被測物面加被測面到接收處距離，實(shí)際為 2倍測量距離，故當(dāng)傳播 2cm 的距離，在 最后計(jì)算時(shí)應(yīng)該折算成測量距離，即 lcm 。在開始發(fā)射超聲波的時(shí)刻 TO 開始計(jì)時(shí)，等待 INTO 中斷，在 INTO 中斷時(shí)停止 TO 計(jì)時(shí)，在中斷程序中讀出 THOTLO 時(shí)間值。定時(shí)器 T1 工作方式 2，自動(dòng)裝載，用于串口通訊，接收數(shù)據(jù)。超聲波傳播中要發(fā)射一串脈沖，實(shí)驗(yàn)表明， 810 個(gè)脈沖為一串最佳。由此 10 X 1/40000=250us，即需要 250 us 的一個(gè)脈沖， 250 us 的脈沖是利用延時(shí)程序得到，延時(shí)脈沖控制振蕩電路，振蕩電路振蕩 10 個(gè) 250us (40kHz)的脈沖串經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)超聲波器。工作過程如下。 (1)將相關(guān)位定位，設(shè)置相關(guān)寄存器，如 : 等待 INT0中斷，即收到反射回波信號 T0開始計(jì)時(shí)開中斷 開始發(fā)射， 延時(shí)250us 保證一個(gè) 4KHz 脈沖 開 始 清發(fā)射位，延時(shí) 2s 初始化 T0,X5045，串口 乘法運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理，得到距離 初始化 T0,X5045，串口 開始發(fā)射， 延時(shí)250us 保 證 一 個(gè)4KHz 脈沖 清發(fā)射位，延時(shí) 2s 將距離送顯示電路顯示 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 29 V HIGH 78H V LOW EQU 79H ...... O CTR BIT ...... (2)置 T0,T1 定時(shí)器的相關(guān)特殊寄存器 TMOD=0x20,SCON=0x5,PCON=0x50, THO=0,TLO=0,TH1= OxF3， TL1=OxF3。 (3)特殊位 F0,ETO(禁止 T1 中斷 )、 TI/RI(清除串口通訊標(biāo)志 )、 EXO(清外部中斷 0的標(biāo)志位 )、 IEO(清除誤中斷 )。 (4)置 ETO(開 TO 中 斷 )、 TR 1(開串口通訊 )、 ITO(外部中斷 0 下降沿觸發(fā) )、EA(開總中斷 )。 2 、 MAX5045 初始化 初始化的內(nèi)容有設(shè)定看門狗超時(shí)時(shí)間 , X5045 是檢測電壓變化，檢測總線變化，能很好的檢測單片機(jī)的程序是否正常的運(yùn)行。其軟件工作過程如下 : (1)設(shè)置寫使能寄存器。 (2)寫狀態(tài)寄存器。 (3)復(fù)位寫使能寄存器。 (4)寫一個(gè)字節(jié)。 (5)實(shí)時(shí)喂狗 (間隔拉低抬高總線 CS)。 中斷計(jì)時(shí)模塊 中斷模塊是在中斷后根據(jù)需要，對特殊寄存器及數(shù)據(jù)進(jìn)行的相關(guān)處理。 （ 1）初值 THOTLO 分別是 0，直到 1NT0 中斷，讀出時(shí)間值，最長時(shí)間是 65536 us，直到中斷 INTO 發(fā)生中斷停止，即關(guān)斷中斷控制位 TRO 時(shí)間表示如圖 所示。 2 5 u s2 5 0 u s發(fā) 射 控 制 位I N T O時(shí) 間 T 圖 中斷計(jì)時(shí)時(shí)序圖 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 30 （ 2) T1 是用于波特率發(fā)生器，禁止中斷。本系統(tǒng)是采用 12M 晶振，即機(jī)器周期是 lus，波特率設(shè)定為 2400bit/s. (3) INTO 中斷 在啟動(dòng)發(fā)射脈沖的同時(shí)， AT89S52 的內(nèi)部 計(jì)數(shù)器 TO 開始計(jì)數(shù)。 TO 的作用就 是測量從超聲波發(fā)射至接收到回波的時(shí)間，外部中斷的中斷源 INTO 接收超聲波 接收電路的輸出比較器的下降沿中斷，進(jìn)入外部中斷處理子程序。 外部中斷 0處理子程序的主要工作過程是 : ①關(guān)總中斷 EA。 ②清標(biāo)志位 TRO。 ③讀出 THOTLO 的時(shí)間值。 延時(shí)模塊 延時(shí)模塊 1(延時(shí) 2s): 延時(shí)目的 :在單片機(jī)上電瞬間，發(fā)射控制位是高電平，因此可能會(huì)瞬間使振蕩電路工作，使有超聲波發(fā)射接收，超聲波接受器接收產(chǎn)生誤中斷，為此在程序開始時(shí)清除發(fā) 射控制位，關(guān)斷中斷，需要延長足夠的時(shí)間 (2s)，使超聲波回波漸漸消失才可以開發(fā)射控制位開始發(fā)射接收測距，在此期間，各特殊寄存器還在復(fù)位狀態(tài)，即中斷禁止。 延時(shí)模塊 2(延時(shí) 250us): 延時(shí)目的 :依據(jù)原理，需要一個(gè) 250us (4kHz)的脈沖控制發(fā)射，而這脈沖即可以用延時(shí)模塊得到。 數(shù)據(jù)處理模塊 (1)計(jì)算距離值 數(shù)據(jù)處理主要是將時(shí)間乘以速度，得出距離。然后將十六進(jìn)制數(shù)據(jù)十進(jìn)制化，送顯示。從 T1 讀出的時(shí)間是雙字節(jié)，速度是 V是浮點(diǎn)數(shù)，在單片機(jī)里浮點(diǎn)運(yùn)算難，為此 需要對速度的浮點(diǎn)值進(jìn)行處理，處理成雙字節(jié)，便于計(jì)算。本文處理方式 : 時(shí)間 : 00TLTH 24108 3 5 1 1 0 3 3 1)( iiii TTTV ????? //轉(zhuǎn)換后的速度擬存放在 R4R5，小數(shù)位忽略， R4RSR6R7 擬放距離值 // 襄樊學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 頁 31 距離： 546 5 5 3 600547 6 6 5 5 3 600542 0 0 06 5 5 3 66 5 5 3 600542 0 0 0002 0 0 0)(54)(002/7654????????????????RRTLTHRRTLTHRRTLTHRRFFFFFFFFTLTHsRRSTLTHSRRRRS? 其中 RRRR ???? ，即某溫度下變換速度等于某溫度下速度乘以 然后十六進(jìn)制化。某溫度下變換前速度先計(jì)算得知，如 :0℃時(shí) V變化前 =,V 變化后 =10866，十六進(jìn)制表示為 2A72。在