【正文】 改變，達到電阻大小相應變化的目的。在V/D是低電平的時候V/D的下降沿將減小阻值，在V/D是高電平的時候V/D的下降沿將增大阻值。表43是MAX5161的真值表。表43 MAX5161真值表V/DIncRwL↑○H↑○L↓H↓+上表中，L代表低電平，H代表高電平，↑代表上升沿，↓代表下降沿，○代表狀態(tài)不變，代表減少，+代表增加。　通訊電路子程序程序流程主要包括，初始化編程，約定數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式等。流程圖如圖43所示：圖43串口通信流程圖　時間峰值檢測在本設計的系統(tǒng)中，因為超聲波具有衰減的特點，同時超聲波換能器的壓電陶瓷會在能量轉(zhuǎn)換的時候產(chǎn)生一定的慣性滯后，使得收到的超聲波的波信號發(fā)生一定的變化，導致反射波最終反射回單片機的那一刻具有一定誤差。最普遍的對反射波信號的處理辦法是采用比較器電路，給比較器設置一個固定的臨界值，當比較器翻轉(zhuǎn)之時即反射波到達的時刻。值得注意的是，若將比較器的電壓臨界值設置得太大，就會增大系統(tǒng)測量的誤差，反之，將比較器的臨界值設置得太小會干擾信號觸發(fā)比較器的翻轉(zhuǎn)率，會使翻轉(zhuǎn)的概率增加，一樣使誤差增大了。根據(jù)以上結(jié)論，我們只是采用普通的比較器來處理信號并不能準確地判斷反射波前沿到達的確切時間。本設計增加了時間增益補償電路，對反射波的幅值做出了相應的補償，使反射波在傳播過程中下降的幅值得到補償，使最后收到的回波信號幅值趨于穩(wěn)定。根據(jù)理論和實際的研究結(jié)果來看，單單靠時間增益補償電路并不能完美的解決該問題。通過實驗我們觀察到，反射波的信號有一定的規(guī)律可循，具體表現(xiàn)為波形大致相同，振幅有所差異，反射波到達的峰值時間和反射波前沿到達的時間差不會因為傳播長度而改變?；谶@個理論，有研究者提出一種包絡檢測的測距方法，通過包絡檢測來獲取反射波信號的包絡曲線，使用過零檢測法檢測到峰值時間點，以此確定回波到達的時刻。普通的峰值檢測大部分都通過硬件電路來實現(xiàn)，這些電路在硬件方面設計不簡單，設計起來較為繁瑣。經(jīng)過理論知識的學習，我們知道方波信號的占空比會有一個上升到一個峰值然后下降的過程，相應的占空比最大的那一刻就是峰值點所在的區(qū)間，而此區(qū)間的正中間就是峰值時間點的所在。本設計通過軟件算法實現(xiàn)峰值時間檢測。AT89C52單片機獲取到超聲波回波信號的上升沿和下降沿，從而計算出回波信號的占空比。反射波經(jīng)過LMV331比較器之后，變?yōu)?0KHz的方波。進行對比則能發(fā)現(xiàn)最大占空比，接著看該占空比的中間點所在的時間點，該時間即為峰值到達的時間點。最后通過峰值時間檢測算法，就能準確的辨別出超聲波反射信號返回的時間，使系統(tǒng)的測量結(jié)果更加準確。５　結(jié)論本設計的成敗取決于超聲波一來一回所使用的時間的測量的準確度。在設計過程中，通過一系列的理論研究和系統(tǒng)分析可以得出一些對于改進系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)精確度的方法。本設計是基于AT89C52單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)，為了提高該系統(tǒng)的測量精度，采用的方法有以下幾方面：首先針對穩(wěn)定性來說，需要從硬件設計和軟件濾波這兩個切入點進行。通過對任務書的理解和對超聲波測距系統(tǒng)的基本理論的學習，本設計的基本要求是達到盲區(qū)減小到5厘米,測量的最大距離為4米,精度高達1厘米。且在3厘米到4米的量程下，能保證系統(tǒng)正常使用，達到高精度測距的目的。在設計過程中，分模塊進行，最后將各個子電路整合起來，并且留有足夠的功能拓展空間，為后續(xù)開發(fā)做好準備。其次考慮到如何降低盲區(qū)，本設計中，超聲波的發(fā)射和接收選用不同的換能器來實現(xiàn)。還有，基于超聲波衍射作用而對反射波造成的幅值的不同，專們設計了雙比較器來對不同距離的發(fā)射波進行不同處理。通過對兩個比較器設置不同臨界值的方法，使測距大小分為遠距離和近距離兩種不同電路進行相應補償。最后，為了精確度的進一步提高，本設計選用的微處理器是AT89C52單片機，開始測距時，發(fā)射方波同時開啟定時器，減小了因為發(fā)射和計時不同步造成的測量誤差，使系統(tǒng)測量結(jié)果更為接近真實值。同時為了補償因為距離推移造成的反射波幅值的降低，專門設計了時間增益補償電路(TGC)，時間增益補償電路在發(fā)射方波的同時開始工作，工作過程是根據(jù)事先寫入Flash中的增益表，逐漸提高接入放大器的阻值，實現(xiàn)電路的實時補償，增益表有事先的試驗獲取。以時間為自變量，數(shù)字電位器的增量為因變量。在測距系統(tǒng)工作時，按照時間的改變來控制電位器阻值的改變，達到補償反射波信號幅值的作用，為系統(tǒng)的高精度做出保障。另外，本設計還使用軟件算法來確定反射波的峰值，使得硬件電路得到最大的化簡。但是，本設計仍舊存在許多的不足，該系統(tǒng)在量程（3厘米到4米）的范圍之內(nèi)的工作完成的不錯，滿足了超聲波測距系統(tǒng)的基本要求，達到了本課題的任務。該超聲波系統(tǒng)用途有：物體位置的測量、液體高度的測量、智能機器人的行動控制和汽車倒車雷達等等。但最大的問題是:量程相對較短，不能夠完成4米以外的距離的測量，這在很大程度上制約這該測距系統(tǒng)的發(fā)展。所以我認為，首先，可以從改進超聲波傳感器的方面來考慮，從超聲波傳感器的選擇來多加考慮。若有條件，更應該從改進超聲波傳感器，設計新型高性能超聲波傳感器入手，對系統(tǒng)的關鍵元件進行性能大幅度的改進。其次，還可以從硬件電路的設計入手，設計出效率更高的電路，減少由硬件電路的缺陷帶來的測量誤差。另外，就通信電路來說，本設計提供的輸出接口是RS232。采用RS232C接口存在一些缺點，包括：信號傳遞距離有限且傳遞的效率不高，RS232總線標準還會受電容允許值的限制。其傳輸距離在普遍的情況下不超過15米，即使線路質(zhì)量很好，最遠也就幾十米的距離。而且，傳送速率也不超過20Kbps。還伴隨著電平的偏移，為了滿足其總線標準，收發(fā)雙方的設備需要共地。所以當通信距離很遠的時候，由于收發(fā)雙方的地電位有很大的不同，所以它的信號地上會出現(xiàn)較大的地電流同時產(chǎn)生一個壓降。它的抗干擾力也不強，RS232是通過單端輸入輸出來進行電平轉(zhuǎn)換的，傳輸時會有干擾和噪聲。因此為了提高信噪比，RS232需要選用較大的電壓擺幅。為了配合工業(yè)領域的使用，輸出口應該增加一個模擬信號4到20毫安且0到5伏的輸出，而且還需要將整個系統(tǒng)的防護工作做得更好一點。如今的理論水平能夠證明溫度、氣體的密度和比熱容對聲速都有影響，但是具體的影響程度還很難精確計算出來，未來應該多朝著這方面去努力。對于系統(tǒng)的校正,可以用實際距離和測量距離進行對比,即可知道系統(tǒng)測距的準確度。另外，在考慮衰減的時候，不僅僅只是考慮到聲速、散射等造成的衰減，還需要考慮到一些其他不常見的造成衰減的原因，通過查閱相關資料了解到：超聲波在傳播是，介質(zhì)也會對其造成一定的衰減。傳播的過程中聲波會和空氣等產(chǎn)生一定的摩擦，由于摩擦生熱的原理，一些聲音的能量會由于摩擦的作用轉(zhuǎn)變成熱能，這就造成了另外一種不可避免的衰減。這個衰減的影響因素有許多，如：熱傳導系數(shù)影響、定壓比熱影響、傳播介質(zhì)密度的影響、超聲波頻率的影響、動力粘滯系數(shù)的影響、定容比熱的影響、超聲波傳播速度影響等。考慮到這些衰減，我們需要設計更加復雜的電路或軟件算法，以此降低或者補償這些衰減，使得測距系統(tǒng)的精確度又向前邁進一步。跟幾十年前相比，我國的超聲波測距技術的研究已經(jīng)有了讓人矚目的成績，雖然如此，但和世界上先進的國家比起來，還是有著不小的差距。我們也知道，我國大多數(shù)的高精度測距儀器都需要靠國外進口，作為一個工業(yè)大國，我們需要用到大量的儀器設備，而儀器的精度在很大程度上也決定著工業(yè)的發(fā)達程度。過去在設備這方面，由于設備的落后，對國家工業(yè)的發(fā)展起到很大的制約作用。所以，我們很有必要加大力度研究，生產(chǎn)出自己的高精度測距儀器，使我國的測距儀器達到世界先進的水平，不僅僅能滿足本國的技術需求，更理想的狀態(tài)是走向世界。超聲波測距系統(tǒng)的研究，也能推動與其相關的各行各業(yè)的發(fā)展，對于實現(xiàn)我國現(xiàn)代化的發(fā)展有很大的促動作用。綜上，該選題是一個非常有意義，也非常有難度和挑戰(zhàn)性的一項研究課題，在未來的道路上，我們需要不斷探索，不斷學習，不斷研究，才能達到更大的進步。參考文獻[1] :航空航天大學出版社，2014[2] :電子工業(yè)出版社，2005[3] 陳海宴，呂江濤，李瑞. 凌陽16位單片機經(jīng)典實踐:大學生項目創(chuàng)新實踐. 北京:航空航天大學出版社，2011[4] 楊欣. 實例解讀電子元器件與電路設計. 北京:電子工業(yè)出版社，2009[5] 王兆安，:機械工業(yè)出版社，2000[6] :清華大學出版社，2005[7] 童詩白，:高等教育出版社，2006[8] :高等教育出版社，2011[9] 劉建清. 51單片機新穎實例非常入門與視頻演練. 北京:電子工業(yè)出版社，2011[10] 古天祥，:機械工業(yè)出版社，2004[11] 張波，:機械工業(yè)出版社，2011[12]:航空航天大學出版社，1999[13]楊振江，:中國電力出版社，2008[14] 夏彬彬，任明全，:電子工業(yè)出版社，2009[15]附錄　基于單片機的高精度超聲波測距系統(tǒng)原理圖致謝最后我要向我的指導老師杜麗娟老師表示誠摯的謝意，感謝老師在畢設期間給我的幫助。這次的畢業(yè)設計，我通過圖書館和Internet查閱了相關的資料，并且和同學互相學習和自學，不懂的地方就像老師請教，經(jīng)過2個多月的努力，終于克服困難完成了自己的畢業(yè)設計。在此期間,我有了很大的收獲，不僅鍛煉了我的獨立設計能力，還培養(yǎng)了自己的實際工作能力,對即將畢業(yè)的自己有很大的意義，使我體會到實踐的艱辛。雖然自己的設計仍然存在許多需要改進的地方，但是在做畢設的過程中收獲到很多書本上學不到的知識。最后還要感謝華北科技學院給我提供一個好的學習環(huán)境，感謝電子信息工程學院的任課老師和輔導員們，他們教會我許多許多有用的知識，使我成為了一個對社會有用的人。畢設完成了，大學就快結(jié)束了，帶著他們對我的幫助，帶著我對他們的謝意，我將步入社會，我也會像他們一樣幫助更多的人。第37頁 共 3