【正文】 ource Group1 文件夾圖標(biāo)左邊出現(xiàn)了一個(gè)小+號(hào)說明，文件組中有了文件，點(diǎn)擊它可以展開查看。（5）匯編程序文件已加到了項(xiàng)目中了，下面就剩下編譯運(yùn)行了。一般在編譯程序 的文件用于芯片燒寫。然后右擊的 Target1 項(xiàng)目文件夾，彈出項(xiàng)目功能菜單，選 Options for TargetTarget1，彈出項(xiàng)目選項(xiàng)設(shè)置窗口，同樣先選中項(xiàng)目文件夾圖標(biāo)，這時(shí)在 Project 菜單中也有一樣的菜單可選。打開項(xiàng)目選項(xiàng)窗口，轉(zhuǎn)到Output 選項(xiàng)頁，選擇編譯輸出的路徑，設(shè)置編譯輸出生成的文件名，決定是否要?jiǎng)?chuàng)建HEX 文件， 選中它就可以輸出 HEX 文件到指定的路徑中。接下來是編譯?？梢钥吹骄幾g的錯(cuò)誤信息和使用的系統(tǒng)資源情況等，以后要查錯(cuò)就靠它了。根據(jù) creating hex file from“c51”提示，說明現(xiàn)在已經(jīng)建立一個(gè)用于芯片燒寫的.hex 文件。進(jìn)入調(diào)試模式，軟件窗口樣式大致如 圖 所示。圖中 a 為運(yùn)行，當(dāng)程序處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)才有效，b 為停止，程序處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)才有效。在停止運(yùn)按鈕的右邊的四個(gè)按鈕，依次跟蹤運(yùn)行、單步運(yùn)行、運(yùn)行到子程序末、運(yùn)行到光標(biāo)。c 是復(fù)位，模擬芯片的復(fù)位，程序回到最開頭處執(zhí)行。按 d 可以打開 e 中的串行調(diào)試窗口，這個(gè)窗口可以看到從 51 芯片的串行口輸入輸出的字符，這里的第一個(gè)項(xiàng)目也正是在這里看運(yùn)行結(jié)果。按 d 打開串行調(diào)試窗口，再按運(yùn)行鍵。這樣一個(gè)匯編項(xiàng)目就完成了。最后停止程序運(yùn)行回到文件編輯模式中，就要先按停止按鈕再按開啟/ 關(guān)閉調(diào)試模式按鈕。圖 程序調(diào)試運(yùn)行 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接受中斷程序、距離計(jì)算子程序及顯示子程序組成。下面對(duì)超聲波測(cè)距器的算法、主程序、超聲波發(fā)射子程序、超聲波接受中斷程序、距離計(jì)算子程序及顯示子程序的大概流程做逐一簡(jiǎn)單介紹。 主程序主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P2 清 0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出三個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲 （這也就是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用 12MHz 的晶振，機(jī)器周期為 1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可測(cè)得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃時(shí)的聲速為 344 m/s 則有公式（）：d=（C*T0 ） /2 =172T0/10000cm （）測(cè)出距離后結(jié)果在數(shù)碼管上顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。主程序框圖如 圖 ：圖 主程序流程圖 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序流程超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 3 個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHz 的方波，脈沖寬度為 12us 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷 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)（INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(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 [13]。外部中斷服務(wù)子程序和定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖如下：圖 外部中斷服務(wù)子程序流程圖圖 定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖 超聲波測(cè)距器的算法設(shè)計(jì)下圖示意了超聲波測(cè)距的原理，即超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接受。這樣只要計(jì)算出發(fā)生信號(hào)到接受返回信號(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。距離計(jì)算（公式 ）：d=s/2=（c*t） /2 （）（d 為被測(cè)物與測(cè)距器的距離 ，s 為聲波的來回路程， c 為聲速，t 為聲波 來回所用的時(shí)間）圖 超聲波測(cè)距原理圖聲速 c 與溫度有關(guān)，下 表中列出了部分溫度與波速關(guān)系，如溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，如 表 所示。表 部分溫度與波速關(guān)系溫度/C 波速/m/s20 31910 3250 32310 33820 34430 349100 3864 系統(tǒng)調(diào)試在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)完成之后，整個(gè)設(shè)計(jì)過程就進(jìn)入調(diào)試階段。調(diào)試的目的就是尋找軟硬件設(shè)計(jì)上的不足之處，將一個(gè)可能存在問題與隱患的系統(tǒng)盡可能地改造成一個(gè)無錯(cuò)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。在系統(tǒng)的調(diào)試過程中更應(yīng)該重視調(diào)試方法，這一點(diǎn)對(duì)于一個(gè)漏洞很多或者錯(cuò)誤很隱蔽的系統(tǒng)尤其重要。不重視調(diào)試方法很有可能導(dǎo)致在出現(xiàn)問題的時(shí)候不知道從何處下手。調(diào)試過程最能考驗(yàn)一個(gè)人對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的了解程度、知識(shí)的廣度、分析問題的能力與耐性。軟件的調(diào)試步驟與硬件的調(diào)試步驟是不同的，但所遵循的原則是一樣的，都是從整體到局部再到整體。具體說來，首先是從整體上把握這個(gè)系統(tǒng)，弄清楚系統(tǒng)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)以及模塊之間的聯(lián)系，找出容易出錯(cuò)的地方和相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)；然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，觀察其工作情況，盡早排除模塊內(nèi)部的問題。最后將模塊連接起來進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，這時(shí)出現(xiàn)的問題大多是模塊之間的接口（如硬件中的負(fù)載效應(yīng)，軟件中的參數(shù)傳遞）不匹配或者是由于模塊的獨(dú)立性不高資源沖突造成的。當(dāng)然也有可能是模塊內(nèi)部出現(xiàn)了問題，這時(shí)就要返回上一步仔細(xì)檢查。注意，在出現(xiàn)問題時(shí)，我們應(yīng)該采用盡可能多的方法去研究這個(gè)問題，盡量從多個(gè)角度去觀察這個(gè)問題，這有利于我們盡快找到問題的實(shí)質(zhì)和解決辦法。下面分兩個(gè)方面介紹本系統(tǒng)的調(diào)試過程。 硬件調(diào)試對(duì)于軟硬件互相結(jié)合的系統(tǒng)來說，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，首先就要建立一個(gè)無錯(cuò)的硬件系統(tǒng)。否則，采用再好的軟件編程技術(shù)和算法也無能為力。本系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)過了一下幾個(gè)步驟。（1）在電氣部分設(shè)計(jì)過程中，盡可能將設(shè)計(jì)好的每一個(gè)電路模塊在面包板上進(jìn)行電模擬，觀察其功能實(shí)現(xiàn)情況，測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)的電壓值，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)修改電路參數(shù)，使其達(dá)到期望的結(jié)果輸出。（2）在上一步無誤的基礎(chǔ)上將原理圖生成 PCB 圖，制作電路板并焊接元器件，然后測(cè)試連通性，對(duì)電路板上關(guān)鍵點(diǎn)的電壓進(jìn)行測(cè)試，確保無虛焊漏焊合短路現(xiàn)象。只要上一步做得比較好，在這里一般是不會(huì)出現(xiàn)太大的問題的。（3）調(diào)試超聲波發(fā)射傳感器有無信號(hào)輸出。由于 40KHz 頻率比較容易受外界干擾，所以調(diào)試必須一步一步來檢測(cè)波形。先用示波器觀察單片機(jī) 口是否輸出40KHz 的方波信號(hào)，再觀察超聲波發(fā)射傳感器兩端的信號(hào)是否是 40KHz 的方波信號(hào)，并且觀察是否有失真。如果信號(hào)正常則表示發(fā)射電路良好。（4）接收電路的檢測(cè)。首先把接收傳感器和發(fā)射傳感器對(duì)接，用示波器觀察超聲波接收器兩端是否有方波，然后使它們之間有一定的距離，如果仍然可以接收到信號(hào)，則把超聲波接收傳感器安放在電路板上。測(cè)試線路連接正常后，再用示波器觀察接收傳感器兩端是否有信號(hào)。如果有，則檢查 CX20226 的 7 腳的電平是否有從高到低的跳變，如果有，則表示這個(gè)電路都沒問題。接下來，就可以將軟件寫入單片機(jī)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試 [14]。 軟件調(diào)試當(dāng)建立的硬件系統(tǒng)無誤（或者檢查不出錯(cuò)誤）之后，我們?cè)谄渖祥_發(fā)軟件程序并進(jìn)行調(diào)試就會(huì)變得簡(jiǎn)單一些。本系統(tǒng)軟件調(diào)試采用從部分到整體，直到系統(tǒng)功能全部實(shí)現(xiàn)的步驟。（1）編寫程序，進(jìn)行語法檢查和邏輯檢查使其能夠通過編譯。在這個(gè)過程中，建議不要放過任何一個(gè)警告信息。（2）找到一個(gè)切入點(diǎn)。對(duì)于本系統(tǒng)來說，為了能夠看到程序的運(yùn)行情況，最好的方法就是首先加載顯示程序，這就是軟件加載的切入點(diǎn)。因?yàn)?，做好顯示程序之后，我們就可以通過顯示器對(duì)程序運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。然后將各個(gè)功能模塊按照邏輯關(guān)系順序逐個(gè)加載，加載一個(gè)測(cè)試一次?？梢酝ㄟ^添加賦值和顯示語句來觀察程序執(zhí)行情況。實(shí)驗(yàn)證明，在一個(gè)簡(jiǎn)單的人機(jī)接口程序的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的方法是一種很好的方法，尤其對(duì)于復(fù)雜的程序，這一點(diǎn)尤為重要。（3）接著就是要處理中斷，有觸發(fā)中斷，也有定時(shí)中斷。（4）接著就是脈寬（即 40KHz 方波信號(hào)）的調(diào)試，脈寬通過延時(shí)來處理。（5）檢測(cè)軟件的可靠性?？梢宰屜到y(tǒng)在不同的環(huán)境下運(yùn)行，檢查其功能能否實(shí)現(xiàn)。然后對(duì)軟件進(jìn)行修改，增強(qiáng)其抗干擾能力和可靠性。 整體調(diào)試當(dāng)把靜態(tài)顯示程序的軟硬件調(diào)好之后，加入 40KHz 的方波信號(hào)定時(shí)中斷程序，編 文件后，用示波器測(cè) 口的輸出波形，是否為所需要頻率的波形。直至 有所需要的波形為止。接著把速度和距離計(jì)算程序以及其他子程序逐個(gè)調(diào)好之后，再把所有的程序與硬件電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直至沒問題為止。到此，整體調(diào)試完畢。 誤差分析雖然已經(jīng)采用了一些措施來消除系統(tǒng)誤差，但是引起系統(tǒng)誤差還有其他的不可避免的因素。從超聲波發(fā)射傳感器發(fā)送出去的超聲波能量大，測(cè)距范圍就遠(yuǎn)；反之則近。而發(fā)射出去的超聲波能量的主要因素是超聲波的幅值。故超聲波幅度也是決定測(cè)距范圍的一個(gè)重要的因素。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。在每組脈沖中所包含的脈沖數(shù)量是值得考慮的，脈沖的數(shù)量多，則發(fā)射出去的超聲波能量大，頻譜純，在作精密測(cè)量時(shí)可以認(rèn)為反射波是同一頻率的。但是脈沖數(shù)量多，會(huì)導(dǎo)致死區(qū)的范圍增大。當(dāng)發(fā)射脈沖波形當(dāng)發(fā)射完畢時(shí)．發(fā)射換能器中的膜片不是馬上停止振動(dòng)，而是要持續(xù)一段時(shí)間，因此要等到它停止后再打開接收換能器，以免被直接禍合過來的假信號(hào)所干擾。死區(qū)就是由這個(gè)延遲所形成的。每組脈沖之間的時(shí)間間隔是由測(cè)距范圍確定的。假如每隔 50ms 發(fā)射一組脈沖，那么最大的測(cè)距范圍就是超聲波在 25ms 內(nèi)走過的路程。測(cè)距范圍同時(shí)還受到接收換能器的靈敏度和接收放大電路的限制。發(fā)射出去的超聲波不僅在傳播的過程中會(huì)衰減，而且在被反射物反射的過程中，也存在著衰減。能量衰減的多少與反射物的質(zhì)地有著直接的關(guān)系。反射物在反射過程中吸收超聲波能量的多少由反射物的質(zhì)地有關(guān) [15]。由于本系統(tǒng)采用的是換能器分體化設(shè)計(jì)，故發(fā)射頭和接收頭與反射點(diǎn)存在著一定的夾角。發(fā)射波和入射波間的夾角也有一定的限制。另外，采用的硬件存在的延時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。綜上所述，可以總結(jié)出限制系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度，反射物的質(zhì)地，反射波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。結(jié) 論超聲波方法作為非接觸測(cè)量，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)在空氣中測(cè)量范圍為超聲波能夠被反射回來，04 米左右，測(cè)量時(shí)要求被測(cè)表面比較光滑平坦，確保并被探頭接收。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì) 440cm 范圍進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)誤差補(bǔ)償后最大誤差達(dá)2cm。線性度，穩(wěn)定性和重復(fù)性都比較好。另外本系統(tǒng)采用了新型振動(dòng)模式超聲波探頭、抗干擾電路、單片機(jī)系統(tǒng)以及合理軟件算法，使得本系統(tǒng)與其他儀器比較，具有一系列突出優(yōu)點(diǎn)：，體積小，靈敏度高，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，轉(zhuǎn)換效率也比較高。，準(zhǔn)確穩(wěn)定可靠，而且可以隨時(shí)通過軟件編程改變頻率，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)發(fā)射探頭。，通過放大和濾波電路，噪音干擾得到抑制，防止誤動(dòng)作，提高了可靠性。，使系統(tǒng)體積小，重量輕，加強(qiáng)了靈活性和可靠性，修改調(diào)試定標(biāo)都方便。，提高了精度，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差修正。，不影響被測(cè)表面，對(duì)比較光滑的表面均可測(cè)量，應(yīng)用范圍廣。下面是基于改進(jìn)及后續(xù)工作的一些想法：，在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下，測(cè)量誤差大，可以根據(jù)實(shí)際情況更換更合適的探頭。測(cè)量距離與發(fā)射功率直接相關(guān)，由于探頭功率有限，只能在室內(nèi)小范圍測(cè)量。更換成大功率探頭，測(cè)距范圍將擴(kuò)大。另外可以考慮更換更低中心頻率的超聲傳感器，同時(shí)修改單片機(jī)程序，使得測(cè)試距離更遠(yuǎn)。，可以在系統(tǒng)中加入溫度傳感器，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量出測(cè)距時(shí)的溫度，計(jì)算出當(dāng)時(shí)的聲速速度，轉(zhuǎn)換成測(cè)量距離。，接收基于單片機(jī)的超聲測(cè)距系統(tǒng)回波的幅值隨傳播距離的增加成指數(shù)規(guī)律衰減，使得遠(yuǎn)距離回波難以檢測(cè)。致 謝光陰似箭，愉快的大學(xué)生活隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成而將圓滿結(jié)束。自己的黃金時(shí)期能夠在大學(xué)度過是非常的幸運(yùn)的事情，在這幾年的時(shí)間中既學(xué)到理論知識(shí)，更體會(huì)到生活的豐富多彩，學(xué)到做人處事的方法。在這幾個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和工作中，遇到了很多困難，導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和培養(yǎng)使我在各個(gè)方面都受益非淺，在分析問題、解決問題及獨(dú)立工作的能力有了很大的提高。在此期間，劉瑩老師提出了很多有益的建議并給予我很大幫助。在本文的課題研究及寫作過程中，也給予了大力支持。在沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院這個(gè)學(xué)習(xí)氛圍活躍、團(tuán)結(jié)友愛的集體里，大家互相幫助，彼此討論問題，共同提高。在此也要感謝我的各位學(xué)友，有了大家的支持和幫助使得論文研究工作得以順利的進(jìn)行。最后，再次向劉瑩老師以及幫助過我的同學(xué)們表示最真誠的謝意！論文寫作期間，給了我很多幫助和指導(dǎo)，使我得以順利完成論文。參考文獻(xiàn)[1] ，2022:P36~37[2] 時(shí)德剛，劉嘩 .，2022: P26~28[3] 王化祥，張淑英 .傳感器原理及應(yīng)用(修訂版).天津大學(xué)出版社，2022:P7~9[4] 200 例．，2022: P21~23[5] ，2022:P9~12[6] ，2022:P16~19[7] ，2022:P25~27[8] 丁鷺飛，耿富錄 .，2022:P45~89[9] ，1994:P25~28[10] 金篆芷. ，1995：P31~335 [11] 張淑清. ，2022:P82~83[12] ，2022:P146~140[13] 孫涵芳. 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