【正文】 dpDS1 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS2 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS3 DPY_7SEG_DPa bfcgdeDPY1234567a b c d e f g8dpdpDS4 DPY_7SEG_DPQ18550P11123456789RL1CON91G11A121A231A341A451A162A272A382A49GND101Y1111Y2121Y3131Y4142Y1152Y2162Y3172Y4182G19VCC2074LS244U6 74LS244VCCOS1OS2R3210KR31 1KVCCVCC R171KR181KR191KR201KR251KR261KR291KR281Kd1d2d3d4d5d6d7d8d1d2d3d4d5 d6d7d8P20P21P22P23 123DS18B20VCCR1RXDRXDR102KR112KR122KR132KQ28550Q38550Q48550Q58550 VCC聲報(bào)警電路單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路202201010133溫度測(cè)量電路P32圖 37 單片機(jī)及顯示系統(tǒng)電路圖 溫度測(cè)量電路 由于超聲波的傳播速度 V 受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中溫度的影響最為突出，溫度每升高 1℃，速度增加約 。因此在測(cè)量精度要求很高的場(chǎng)合，應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行校正，以提高測(cè)量精度，減小誤差。目前，大多數(shù)溫度測(cè)控系統(tǒng)在檢測(cè)溫度時(shí)，都采用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電量，經(jīng)信號(hào)放大電路放大到適當(dāng)?shù)姆秶儆?A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量來(lái)完成。這種電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試繁雜，精度易受元器件參數(shù)的影響。為此，利用一線(xiàn)性數(shù)字溫度計(jì)即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機(jī)，構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同，能夠直接讀出被測(cè)溫度值，并且可根據(jù)實(shí)際要求，通過(guò)簡(jiǎn)單的編程，實(shí)現(xiàn) 9～12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換。因而，使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，同時(shí)可靠性更高。溫度測(cè)量范圍從55～+125℃，在10 ～ +85℃檢測(cè)誤差不超過(guò) ℃，而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有177。2℃的測(cè)量精度。本設(shè)計(jì)溫度測(cè)量選用DALLAS 公司的 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感器，獨(dú)特的一線(xiàn)接口，只需要一條口線(xiàn)通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無(wú)需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線(xiàn)供電電源范圍為 至 無(wú)需備用電源。它通過(guò)輸出 9 位（二進(jìn)制）數(shù)字來(lái)直接表示所測(cè)量的溫度值，溫度值是通過(guò) DS18B20 的數(shù)據(jù)總線(xiàn)直接輸入CPU,無(wú)需 A/D 轉(zhuǎn)換，而且讀寫(xiě)指令，溫度轉(zhuǎn)換指令都是通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳入DS18B20。DS18B20 數(shù)字溫度傳感器除了具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)量范圍和精度外，還具有溫度測(cè)量精度和不受外界干擾等的優(yōu)點(diǎn)。其電路連接如圖 37 溫度測(cè)量電路所示。 鍵盤(pán)控制電路此鍵盤(pán)與單片機(jī) P2 口四個(gè)引腳相接，用于對(duì)報(bào)警距離進(jìn)行設(shè)定。其中 S1表示“確定”按鍵；S2 表示 “減一” ；S3 表示“加一 ”、S4 表示循環(huán)移位，對(duì)不同位置進(jìn)行選擇。駕駛員可以根據(jù)自身要求對(duì)報(bào)警距離進(jìn)行設(shè)定，從而大大提高了駕駛的安全系數(shù)。4 軟件設(shè)計(jì)超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、INT0超聲波接收中斷程序及顯示子程序四個(gè)主要模塊組成。軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 41：圖 41 系統(tǒng)模塊框圖（1） 系統(tǒng)初始化模塊：即系統(tǒng)剛上電的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的各個(gè)引腳的電平分配和對(duì)各寄存器的初值賦值。（2） 數(shù)碼管顯示模塊：通過(guò)該模塊的設(shè)計(jì)能夠讓所測(cè)得的距離顯示在數(shù)碼管上。（3） 按鍵掃描模塊：此模塊用來(lái)通過(guò)鍵盤(pán)控制倒車(chē)?yán)走_(dá)的工作。（4） 發(fā)射接收控制模塊：發(fā)射控制模塊是軟件控制超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲脈沖啟動(dòng)定時(shí)器工作，同時(shí)啟動(dòng)接收電路工作，當(dāng)接收電路有信號(hào)輸入時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。（5） 運(yùn)算結(jié)果處理模塊：運(yùn)算結(jié)果處理模塊將多次所測(cè)得時(shí)間進(jìn)行處理，進(jìn)行軟件取大值工作，根據(jù)公式計(jì)算出距離，然后再對(duì)計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行修正處理，數(shù)據(jù)處理后送至數(shù)碼顯示模塊。（6） 聲光報(bào)警模塊：當(dāng)所測(cè)距離小于一定值時(shí)，通過(guò)聲光報(bào)警來(lái)挺行駕駛員。我們知道 C 語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)） ，又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)） ，所以控制程序可采用 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。 系統(tǒng)各功能模塊系統(tǒng)初始化程序按鍵掃描模塊數(shù)碼管顯示模塊運(yùn)算結(jié)果處理模塊發(fā)射接收控制模塊聲光報(bào)警模塊主程序除了完成定時(shí)器 T0、中斷源 TNT0 初始化外，主要實(shí)現(xiàn)超聲波的巡回發(fā)射（調(diào)用超聲波發(fā)射程序）和距離的動(dòng)態(tài)掃描顯示；INT0 中斷服務(wù)程序計(jì)算車(chē)尾距離障礙物的距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一方面交由主程序顯示，另一方面與設(shè)定值（比如 1m）進(jìn)行比較，如小于 1m，接蜂鳴器報(bào)警，否則關(guān)閉報(bào)警；如果車(chē)尾距離障礙物的距離較遠(yuǎn)，超聲波往返時(shí)間就會(huì)超過(guò)了定時(shí)器 T 一次性最長(zhǎng)的定時(shí)時(shí)間，則 T0 發(fā)生溢出而中斷，這時(shí)進(jìn)行距離計(jì)算，并顯示 “OFF”，以示車(chē)后無(wú)障礙物，可放心倒車(chē)。 軟件設(shè)計(jì)的要求本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是利用超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)一個(gè)車(chē)用的倒車(chē)?yán)走_(dá)。要求通過(guò)設(shè)計(jì)能夠測(cè)出并顯示車(chē)與障礙物的距離，并能在距離小于 1m 的時(shí)候根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行聲光報(bào)警[16] 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理：即為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為： （42tcsd??1）其中，d 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s 為聲波的來(lái)回的路程， c 為聲速，t 為聲波來(lái)回所用的時(shí)間。 超聲波的指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，遇到障礙物后反射效率高，是測(cè)距的良好載體。測(cè)距時(shí)有安裝在同一位置的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，有定時(shí)器計(jì)時(shí)。首先由發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波咋介質(zhì)傳播途中一旦遇到障礙物后就被反射回來(lái)，當(dāng)接收器收到發(fā)射波立即停止計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就記錄下了超聲波自發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播經(jīng)歷的時(shí)間 t 。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播數(shù)的約為 340m/s，所以由公式 41 知發(fā)射點(diǎn)距離障礙物之間的距離為：S=340t/2=170t在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可以認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＦ洳糠衷闯绦蛉缦拢?RECEIVE0：PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 //關(guān)外部中斷 0 MOV R7, TH0 //讀取時(shí)間值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH //計(jì)算時(shí)間差 MOV 31H, A //存儲(chǔ)結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A SETB EX0 //開(kāi)外部中斷 0 POP ACC POP PSW RETI 主程序主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，在此過(guò)程中主程序調(diào)用了子程序及中斷服務(wù)程序。程序首先完成初始化過(guò)程，然后是一個(gè)重復(fù)的控制發(fā)射信號(hào)的過(guò)程，即調(diào)用發(fā)射子程序幾遍，而且每次發(fā)射周期結(jié)束都很判斷在發(fā)射信號(hào)后延時(shí)等待的過(guò)程中是否發(fā)生了中斷，即是否有回波產(chǎn)生來(lái)判斷程序的流程。工作時(shí)，微處理器 AT89C51 先把 置 0，啟動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器 T0 開(kāi)始計(jì)時(shí)。要檢測(cè)返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 毫秒才可以檢測(cè)，這樣就可以抑制輸出的干擾。當(dāng)超聲波信號(hào)碰到障礙物時(shí)信號(hào)立刻返回，微處理器不停的掃描 int0 引腳，如果 int0 接收的信號(hào)有高電平變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)表明信號(hào)已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷關(guān)閉定時(shí)器。再把定時(shí)器中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)換算就可以得出超聲波傳感器與障礙物之間的距離。然后再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行聲光報(bào)警。下圖 42 為主程序流程框圖。開(kāi)始初始化發(fā)射超聲波啟動(dòng)定時(shí)開(kāi)中斷Testok=1計(jì)算距離開(kāi)報(bào)警距離關(guān)報(bào)警顯示距離Testok=2 Testok=0NY顯示 OFF顯示距離圖 42 主程序流程圖 超聲波發(fā)送及接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波） ，脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。主程序利用為中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷程序后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1 即 Testok=1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出是還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2，及 Testok=2 以表示此次測(cè)距失敗。超聲波發(fā)射程序比較簡(jiǎn)單，主要包括 T0 中斷服務(wù)程序和超聲波接收中斷服務(wù)程序。下面分別給出各自的流程圖如圖 43 和 44：圖 43 T0 中斷子程序 圖 44 超聲波接收中斷子程序超聲波發(fā)生子程序雖簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確，需要采用匯編語(yǔ)言編程。1）40kHz 脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射。屏蔽外部中斷屏蔽定時(shí)器中斷關(guān)定時(shí)器屏蔽外部中斷關(guān)定時(shí)器Testok=2返回屏蔽定時(shí)器中斷關(guān)定時(shí)器 T0關(guān)外部中斷Testok=1返回屏蔽 T0 中斷測(cè)距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用 UCM40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是 40kHz 的脈沖信號(hào)，這由單片機(jī)執(zhí)行下面程序來(lái)產(chǎn)生。puzel： mov 14h, 12h //超聲波發(fā)射持續(xù) 200ms here： cpl //輸出 40kHz 方波 nop ； nop ； nop ； djnz 14h，here； ret 前方測(cè)距電路的輸入端接單片機(jī) 端口，單片機(jī)執(zhí)行上面的程序后，在 端口輸出一個(gè) 40kHz 的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)三極管 T 放大，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭 UCM40T，發(fā)出 40kHz 的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射 200ms。右側(cè)和左側(cè)測(cè)距電路的輸入端分別接 和 端口，工作原理與前方測(cè)距電路相同。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平） ，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功。 前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī) INT0 端口，中斷優(yōu)先級(jí)最高，左、右測(cè)距電路的輸出通過(guò)與門(mén) IC3A 的輸出接單片機(jī) INT1端口，同時(shí)單片機(jī) 和 接到 IC3A 的輸入端，中斷源的識(shí)別由程序查詢(xún)來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。部分源程序如下： receive1：push psw push acc clr ex1 //關(guān)外部中斷 1 jnb , right // 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序jnb , left // 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序 return：SETB EX1 //開(kāi)外部中斷 1 pop acc pop psw reti right： ... //右測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp return left：... //左測(cè)距電路中斷服務(wù)程序入口 ajmp return 顯示子程序和蜂鳴報(bào)警子程序先進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示初始化將指針指向緩沖區(qū)首地址，然后去顯示位指針，取要顯示的數(shù)，再將數(shù)變成段碼，然后將段碼送段控制器，位碼送位控制器，在延時(shí)，然后判斷是否是最后一位，是否顯示完畢，沒(méi)有的話(huà)修改該緩沖區(qū)指針和位碼，直到顯示完畢。顯示及報(bào)警子程序框圖： 外部中斷入口初始