【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測(cè)距儀中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求。未來(lái)的超聲波測(cè)距儀將與。自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的測(cè)距儀將發(fā)揮更大的作。統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心部分。心部分就是超聲波測(cè)距儀的研制。因此，設(shè)計(jì)好的超聲波測(cè)距儀就顯得非常重要。②根據(jù)超聲波測(cè)距原理，設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距器的硬件結(jié)構(gòu)電路。定地顯示測(cè)量結(jié)果。④以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。

　　

【正文】 超聲波換能器 TCT4010F1（ T發(fā)射）和 TCT4010S1（ R接收） ，中心頻率為 40kHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無(wú)特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根基于 C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距器課程設(shè)計(jì) 18 據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為 ～ ，測(cè)距儀最大誤差 不超過 1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測(cè)量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)到實(shí)際使用的測(cè)量要求。 十、設(shè) 計(jì) 總 結(jié)： 由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒有做出實(shí)物，但是對(duì)設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀 能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。 超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方 式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。 超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分。單片機(jī)采用 AT89C51 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號(hào)，利用外中斷 0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的 4位共陽(yáng) LED數(shù)碼管，段碼用74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動(dòng)。 超聲波發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻 R1O、 R11 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。 超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)基于 C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距器課程設(shè)計(jì) 19 共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。 超聲波檢測(cè)接收電路主要是由 集成電路 CX20206A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙 控常用的載波頻率 38 kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20206A接收超聲波 (無(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。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。主超聲波測(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)距電路的輸出通過與門 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)別由程序查詢來(lái)處理，中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(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。 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。 在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是基于 C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距器課程設(shè)計(jì) 20 很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會(huì)太難。一般只要電路焊接無(wú)誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會(huì)正常工作。電路中除集成電路外，對(duì)各電子元件也無(wú)特別要求。根據(jù)測(cè)量范圍要求不 同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。 基于 C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距器課程設(shè)計(jì) 21 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師王峰老師在設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。在我課程設(shè)計(jì)報(bào)告寫作期間，王老師給我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)，沒有您這樣的幫助，我不會(huì)這么順利的完成此次設(shè)計(jì)，借此機(jī)會(huì)，向您表示由衷的感激。 接著，我要感謝和我一起做設(shè)計(jì)的同學(xué)。在課程設(shè)計(jì)的短短 2天里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助和支持，在此也真誠(chéng)的謝謝你們。同時(shí)，我還要感謝我組員，正是在相互促進(jìn)的環(huán)境中，在相互的幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。 最后還有許許多多給 予我設(shè)計(jì)上的鼓勵(lì)和幫助的朋友，在此無(wú)法一一列舉，在此也一并表示忠心地感謝！ 基于 C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距器課程設(shè)計(jì) 22 參 考 文 獻(xiàn) [1] 胡萍 .超聲波測(cè)距儀的研制 .計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化， [2] 時(shí)德剛，劉嘩 .超聲波測(cè)距的研究 .計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制， [3] 華兵 .MCS51 單片機(jī)原理應(yīng)用 .武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社， 2020 .5 [4] 李華 .MCU51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6 [5] 陳光東 .單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢 ：華中理工大學(xué)出版社， [6] 徐淑華，程退安，姚萬(wàn)生 .單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1999. 6. [7] 蘇長(zhǎng)贊 .紅外線與超聲波遙控 .北京：人民郵電出版社， [8] 張謙琳 .超聲波檢測(cè)原理和方法 .北京：中國(guó)科技大學(xué)出版社， [9] 九州 .放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè) .沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， [10] 樊昌元，丁義元 . 高精度測(cè)距雷達(dá)研究 .電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)， [11] 蘇偉，鞏壁建 .超聲波測(cè)距誤差分析 .傳感器技術(shù)， 2020. [12] 永學(xué)等 .1Wire 總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 及應(yīng)用 .電子產(chǎn)品世界， [13] 勝全 .D18B20 數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制 . 南京：南京大學(xué)出版社 1998. 3 [14] 恒清，張靖 .加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法 .通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020 [15] 晗曉，袁慧梅 .單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計(jì)與抗干擾技術(shù) .電子工藝技術(shù)， 2020 [16] 豐，薛紅宣 .采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性 .電子產(chǎn)品世界， [17] 占操，梁厚琴，曹燕 .單片機(jī)系統(tǒng)中 的軟件抗干擾技術(shù) .電子技術(shù)， [18] 華兵 .MCS51 單片機(jī)原理應(yīng)用 .武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社， 2020 .5 [19] 繼興，劉霞 .單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析 .電子測(cè)量技術(shù)， 2020 [20] 田華等 .可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器 DS18B2 的原理與應(yīng)用 .電子質(zhì)量，