【導(dǎo)讀】位系統(tǒng)、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)、城市交通管理和高速公路管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及河道、油井和倉(cāng)庫(kù)及料位的探測(cè)中都有應(yīng)用。由于超聲波傳播不易受干擾，能量消耗。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播規(guī)律、開發(fā)高性能超。聲波換能器及其收發(fā)電路，對(duì)于超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。波脈沖并計(jì)時(shí)，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時(shí)間，從而得到實(shí)測(cè)距離。理中采用了溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整，用四位LED數(shù)碼管切換顯示距離和溫度。整個(gè)硬件電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路、顯示電路等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖，給出了系統(tǒng)構(gòu)成、電路原理及程序設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測(cè)。距準(zhǔn)確度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)后的作品可用于需要測(cè)量距離參數(shù)的各種

　　

【正文】 后 ， 三端穩(wěn)壓器 LM7805 輸出 +5V穩(wěn)恒直流電，為電路 中 的 電容 C C C4 提供 電源。 LED 是電源指示燈，通電后發(fā)光。 Vin1Gnd2+5V3U1D1LEDD2K09VC3 C4+ C1 + C2 圖 LM7805 電平轉(zhuǎn)換 電路 鄭俊瑯：基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 20 AT89C51 復(fù)位電路 AT89C51 復(fù)位有一個(gè)專用的外部引腳 RESET，外部可通過(guò)此引腳輸入一個(gè)正脈沖使單片機(jī)復(fù)位。所謂復(fù)位，就是強(qiáng)制單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開始工作。本設(shè)計(jì)采用的是電平式開關(guān)與上電復(fù)位電路，為了能使運(yùn)行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預(yù)，強(qiáng)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。其電路圖如 所示 ； EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10VCC40GND20U?AT89C51K4C110ufR1R2200VCC 圖 AT89C51 復(fù)位電路 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序流程 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。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間要求精度較高的部分全部由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器完成，而雖然溫度傳感器 的讀寫對(duì)時(shí)間精度要求也高，但經(jīng)詳細(xì)計(jì)算所得出的 C 程序已被廣泛應(yīng)用，故直接借用已有程序也能作到對(duì)溫度的準(zhǔn)確讀取，所心本設(shè)計(jì)全部使用 C 語(yǔ)言編程，這樣能使設(shè)計(jì)中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。 軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷子程序、溫度測(cè)量 子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成， 圖 為主程序流程圖。 系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵 k1，若按鍵 k1 按下，則開始測(cè)量空氣溫度，然后將 置位，使定時(shí)器 T0 開始定時(shí)，控制 超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時(shí)使定時(shí)器 T1 開始定時(shí)。 CPU 循環(huán)檢測(cè) 引腳，當(dāng) 為低電平時(shí)接收到回波，立即使T1 停止工作，保存定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。 然后根據(jù)溫度和傳輸時(shí)間計(jì)算距離，溫度補(bǔ)償措施使測(cè)量精度有了明顯提高，計(jì)算出距離后調(diào)用距離顯示子程序， LED 顯示距離。 最后檢測(cè)按鍵 k2，若 k2 閉合，則調(diào)用溫度顯示子程序， LED 顯示溫度（溫度并非測(cè)量距離時(shí)用于補(bǔ)償?shù)臏囟?，而是?dāng)前溫度） 5s 后恢復(fù)顯示本次測(cè)量距離；若按鍵 k2 沒有閉合，則顯示器恒定顯示最新一次的測(cè)量結(jié)果；若要進(jìn)行下一次測(cè)量，則先要按下 k3 重新開始 ，再按下按鍵 k1 才執(zhí)行新一次測(cè)量。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤只設(shè)置了 3 個(gè)按鍵，用于開始測(cè)量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。 鄭俊瑯：基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 22 圖 主程序流程 N Y N Y N Y Y N 開始 系統(tǒng)初始化 顯示測(cè)量距離 測(cè)溫，根據(jù)溫度和時(shí)間計(jì)算距離 顯示溫度 5s 發(fā)射超聲波， T1 計(jì)時(shí) K2 閉合？ T1 停止定時(shí)，保存定時(shí)值 N 接收到反射波？ K1 閉合？ K3 閉合？ 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 子程序設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz的方波），脈沖寬度為 12μ s 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T1 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器 T1 工作在方式 0。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中 斷 1 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 1INT 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 T1 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 T1 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 0 表示此次測(cè)距不成功。 圖 為超聲波發(fā)送及超聲波接收程序流程圖 圖 超聲波 發(fā)生子程序的作用是通過(guò) 端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz的方波），脈沖寬度為 12μ s 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T1 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器 T1 工作在方式 0。 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 1 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 1INT 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 T1 停止計(jì)開始 系統(tǒng)初始化 K1 閉合 發(fā)射超聲波， T1 計(jì)時(shí) 接收到反射波 T1 停止時(shí)，保持定時(shí)值 鄭俊瑯：基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 24 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 T1 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 0 表示此次測(cè)距不成功。 T0 中斷服務(wù)程序如下： sbit send=P1^0。 void timer0(void)interrupt 1 { send=!send。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 } 超聲波接收（外部中斷 1）程序： void int1(void)interrupt 2 { if(TH1!=0x00amp。amp。TH0!=0x00) { b=1。 TR1=0。 TR0=0。 t=TH1*256+TL1。 t=t/1000000。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } else { b=0。 TR1=0。 TR0=0。 TH0=0x1f。 TL0=0xf4。 TH1=0x00。 TL1=0x00。 } } 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 測(cè)溫子程序 測(cè)溫的主要器件是 DS18B20，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸， DS18B20中有兩個(gè)存測(cè)得的溫度值的兩個(gè) 8 位存貯器 RAM，用 11 位存貯溫度值，最高位（ 5 位）為符號(hào)位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。圖 為 DS18B20 的溫度存儲(chǔ)方式： bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 2－ 1 2－ 2 2－ 3 2－ 4 bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 圖 DS18B20 的溫度存儲(chǔ)方式 負(fù)溫度時(shí) S=1，正溫度時(shí) S=0。因此我們只需要逐位讀出它的溫度就 可以了。讀出一個(gè)字節(jié) C 代碼如下： uchar readbyte(void) //直接讀一字節(jié)程序 { uchar i,k。 i=8。 k=0。 while(i) { tem_in=1。 delay_us(1)。 tem_in=0。 k=k1。 tem_in=1。 NOP。 if(tem_in)k |= 0x80。 //tem_in 為 1 時(shí)，則該位也為 1 delay_us(4)。 } return(k)。 } LS Byte MS Byte 鄭俊瑯：基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 26 距離計(jì)算子程序 當(dāng)前溫度和超聲波往返時(shí)間均測(cè)量出來(lái)后，用 C 語(yǔ)言根據(jù)公式計(jì)算距離來(lái)編程是比較簡(jiǎn)單的算法。 根據(jù)測(cè)量距離 ctD21?，而其中KTcMRTc 27310 ??? ?，故可簡(jiǎn)化為：KTtKTtcD 0 ????，其實(shí)現(xiàn)程序算法如下： include void distance(void) { double radical,dist,t。 radical=sqrt(1+(temnum+273)/273)。 dist=*t*radical。 return(dist)。 } 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 5 總結(jié) 超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接 收 ，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)；另一種是發(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。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。 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。 利用 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)距儀便于操作、讀數(shù)直觀。經(jīng)實(shí)際測(cè)試證明，該類測(cè)距儀工作穩(wěn)定 ,能滿足一般近距離測(cè)距的要求，且成本較低、有良好的性價(jià)比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間，測(cè)得的距離有誤差，在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中可忽略不計(jì)；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測(cè)距等方面，此誤差不能忽略，可以通過(guò)改變一些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中 加入測(cè)距軟件補(bǔ)償?shù)拇a，使誤差進(jìn)一步減小，可以滿足更高要求。 本設(shè)計(jì)完整地做出之后可測(cè)量十米以內(nèi)的距離。因?yàn)槌暡ǖ奶匦?，測(cè)距時(shí)保證傳感器與被測(cè)物間，以及測(cè)量軸線上沒有障礙物；且要盡量保證傳感器軸線與被測(cè)物表面垂直；實(shí)際測(cè)距范圍與被測(cè)物表面材料等因素有關(guān)，一般不要測(cè)量表面為毛料的物體表面。 鄭俊瑯：基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì) 28 致 謝 從開始做論文到論文基本完成，經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間，從開始的一知半解到現(xiàn)在的全面了解算是經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中有無(wú)數(shù)人給了我莫大的幫助。 首先要感謝的是我的指導(dǎo) 老師 李慧 老師。 感謝她在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我的悉心指導(dǎo)與各方面的幫助，她給了我許多非常有益的建議和意見，使我在思路上得到了很大的開闊，從中認(rèn)識(shí)到了自己存在的不足，并且學(xué)到了很多非常寶貴的知識(shí)。 特別是在我論文定稿前認(rèn)真的審閱了我的論文 ，指出我的錯(cuò)誤和不足 之處 ，在這里深表感謝！ 其次感謝我要感謝與我度過(guò)四年大學(xué)生活的同學(xué)們，你