【導(dǎo)讀】導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布。的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波。質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。硬件電路主要包括發(fā)射電路、整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，由信號(hào)發(fā)射和接收、供電、溫度測(cè)量、顯示等模塊。發(fā)射探頭的信號(hào)經(jīng)放大和檢波后發(fā)射出去，單片機(jī)的計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，超聲波被。溫度測(cè)量后送到單片機(jī)，通過程序?qū)λ俣冗M(jìn)行校正，結(jié)合兩者實(shí)現(xiàn)超聲。軟件程序由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、預(yù)置子程序、顯示子程。還有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)正確顯示在LCD上。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。此外供電電源也會(huì)使測(cè)量差生很大的誤差。的過程中考慮了這些因素，并給出了一些解決方案。

　　

【正文】 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)： (1)DS18B20 溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以及讀取子程序等部分； (2)基于 YB1602 的顯示模塊，分為初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序； (3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等； (4)本次設(shè)計(jì)使用 C 語言編寫程序， C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用 Keil ? Version2 進(jìn)行程序編譯， Keil 功能強(qiáng)大使用方便 [12]。 主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。 如圖 41 所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系： 圖 41 系統(tǒng)軟件方框圖 系統(tǒng)主程序： 本設(shè)計(jì)主程序的思想如下： 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 21 (1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為 mm； (2)溫度每隔 900ms 采樣一次， DS18B20 在 12 位精度下轉(zhuǎn)換周期為 750ms ,故900ms 滿足該速度要求；超聲波每隔 60ms 發(fā)送一次。 (3)按鍵 S 為測(cè)量啟動(dòng)鍵； (4)系統(tǒng)采 用 AT89S51 的內(nèi)時(shí)鐘： 12MHz； (5)沒有使用看門狗功能； (6)超聲波發(fā)送一定時(shí)間后才開始啟動(dòng)檢測(cè)，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。所以系統(tǒng)最小測(cè)量約為 112mm；如圖 42 所示 ： 圖 42 主程序 流程圖 系統(tǒng)主程序如下： void main(void) { uchar i,j。 for(i=0。i255。i++) for(j=0。j255。j++)。 //延時(shí)，等待系統(tǒng)外圍復(fù)位完成 sys_init()。 //初始化 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 22 display()。 //顯示 sta_flag=0。 //標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位 waitforstarting: //檢測(cè)按鍵 while(START)。 for(i=0。i20。i++) delay1ms()。 if(START) goto waitforstarting。 BUZZER=0。 //蜂鳴器鳴音一次提示按鍵按下 i=100000。 while(i)。 BUZZER=1。 i=100000。 while(i)。 TR0=1。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0 ET0=1。 testtemp()。 //啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 while(1) { if(sta_flag) //60MS 到了，超聲波已經(jīng)發(fā)送 { while(0==CSBIN)。 //等待超聲波返回 TR1=0。 jsh=TH1。 //停止計(jì)數(shù) jsl=TL1。 if(15==count) //1S 到，檢 測(cè)溫度 { temp=wd()。 count=0。 testtemp()。 //重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 display()。 //刷新顯示 } 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 23 puter()。 //計(jì)算距離 hextobcd()。 //轉(zhuǎn)化成 BCD 碼 sta_flag=0。 //標(biāo)志清零 } } } void sys_init(void) { uchar i。 for(i=0。i29。i++) //顯示清零 { num[i]=0。} TMOD=0x11。 TH0=0x15。 TL0=0xA0。 P0=0。 CNT=0。 //超聲波發(fā)送關(guān)閉 CSBIN=1。 EA=1。 //開放總中斷 Init_LCD()。 } 外部中斷子程序 對(duì)某個(gè)中央處理機(jī)而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中斷。例如，時(shí)鐘中斷、操作員 。單片機(jī) 的 外部中斷的響應(yīng)是服務(wù)程序。在主程序中，發(fā)射的 40KHz脈沖信號(hào)遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測(cè)電路產(chǎn)生外中斷信號(hào)至單片機(jī)。在中斷服務(wù) 程序中，首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保護(hù)，然后把進(jìn)入中斷服務(wù)程序處的計(jì)數(shù)值讀出并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得到相應(yīng)的距離值，同時(shí)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，最后送到 P2 口顯示輸出。 子程序流程圖 如 圖 43 所示 ： 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 24 圖 43 外部 中斷子程序 RECEIVE： PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) PUSH A CLR EXO ；關(guān)閉外部中斷 INTO MOV R0， TL0 ；讀取時(shí)間 MOV R1， TH0 LCALL MULD ；調(diào)用乘法子程序計(jì) 算機(jī)距離 LCALL ADJ ；調(diào)用十進(jìn)制調(diào)整子程序 LCALL DISP SETB EX0 ；打開外部中斷 INT0 POP A POP PSW 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 25 RETI 定時(shí)器中斷子程序 因?yàn)?51 單片機(jī)是 16 位定時(shí)器，最大的計(jì)時(shí)時(shí)間為 65536us，所以當(dāng)測(cè)量的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候，定時(shí)器必然 會(huì) 發(fā)生溢出；我們必須對(duì)溢出中斷進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置才能使得單片機(jī)正常工作。同時(shí)由于電路的測(cè)量距離有限最遠(yuǎn)為 5 米，當(dāng)測(cè)量距離超出 5 米時(shí)，接收探頭就不能檢測(cè)回波，那就 不能產(chǎn)出外部中斷更不可能關(guān)閉定時(shí)器。流程圖 如圖 44 所示 ： 圖 44 定時(shí)器 中斷 子 程序 程序如下： TIME0: PUSH PSW ；中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) PUSH A CLR EX0 CLR TR0 MOV TL0， 00H MOV TH0， 00H SETB TR0 SETB EX0 LCALL PULSE ；調(diào)用發(fā)射脈沖子程序 POP A 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 26 POP PSW RETI 實(shí)現(xiàn)重要功能的程序分析 實(shí)現(xiàn)溫度讀取功能 uint Read_Temperature(void) //讀取溫度 ,返回整數(shù)值 { uint c。 reset()。 //復(fù)位 18b20 芯片 tu=0。 //先置位溫度正負(fù)標(biāo)示為正 if(r) { write(0xCC)。 // 跳過多傳感器識(shí)別 skio rom write(0xBE)。 //發(fā)讀內(nèi)部 9 字節(jié)內(nèi)容指令 c=read()。 //讀兩個(gè)字 reset()。 //讀完兩個(gè)字節(jié)后復(fù)位 write(0xCC)。 // 跳過多傳感器識(shí)別 skio rom write(0x44)。 // 發(fā)啟動(dòng)溫度變換指令 if(c0x1000){c=c+1。tu=1。} //若溫度小于 0,tu=1 c=4。 //去掉低四位即為整數(shù)溫度值，無需 * return c。 } else{return r。 } //返回 0XFF 表示未檢測(cè)到 18B20 芯片 } 實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度轉(zhuǎn)化聲速 int C_speed(void) //根據(jù)溫度查算聲速值 { uchar y。 y=Read_Temperature()。 //采溫度 if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速 { T_C=y。 //溫度值＝變化后的溫度值 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 27 if(tu==0)speed=332+T_C*。 //溫度為正則 +聲速 else speed=332T_C*。 //溫度為負(fù)則 聲速 } }else speed=。 //若 1820 不存在即無法讀取溫度，聲 速＝ （取 25 度） return speed。 } 實(shí)現(xiàn)距離計(jì)算 float Dis_count() //距離計(jì)算函數(shù) { float cm。 cm=TH1*256+TL1。 cm=7610。 //減去限制 10M 的初值 +可調(diào)誤差值 cm*=speed。 //計(jì)算距離 uS*34650m cm/=20xx0。 //轉(zhuǎn)換為 s 單程 return cm。 } 本章小結(jié) 本章主要結(jié)合超聲測(cè)距系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，給出具體實(shí)現(xiàn)時(shí)單片機(jī)涉及到的軟件結(jié)構(gòu)及其相關(guān)編程。主要包括整個(gè)程序的算法思想，采用模塊化設(shè)計(jì)，大量采用子程序設(shè)計(jì)的方法，大大縮短編程開發(fā)周期，方便程序閱讀以及程序查錯(cuò)。程序采用先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行軟件仿真，后灌進(jìn) 單片機(jī)中和硬件結(jié)合調(diào)試。 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 28 五、 結(jié)論 本設(shè)計(jì)是以 AT89C51 為核心，借助于模數(shù)電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，解決了超聲波測(cè)距的一些難題。靈活的運(yùn)用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在討論了超聲波測(cè)距原理、硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，完成了超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)要求。利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，利用超聲波的特性設(shè)計(jì)出的一種簡(jiǎn)單的測(cè)距系統(tǒng)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波的應(yīng)用將越來越廣。但就目前技術(shù)水平來 說，人們可以具體利用的超聲波技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 29 致 謝 本文研究工作是在我的導(dǎo)師尹 建 平老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開題伊始到論文結(jié)束，我所取得的每一個(gè)進(jìn)步、編寫的每一段程序都無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記恩師對(duì)我的教誨和鼓勵(lì)，盡自己最大的努力取得更好的成績(jī)。 在此我要向我的 導(dǎo)師尹 建平 老師致以最衷心的感謝！ 在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，各位老師給予了我的學(xué)習(xí)、生活很熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 在此，由衷地 感謝那些 關(guān)心和幫助我的老師、同學(xué)和朋友們！衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授！ 南昌 理 工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 30 參考文獻(xiàn) [1] 謝維成 , 楊加國 .單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51 程序設(shè)計(jì) [M]. 北京 :清華大學(xué)出版社 ,20xx [2] 蔡菲娜 . 單片微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用 [M]. 杭州大學(xué)出版社 ,1995 [3] 李建忠 . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 西安電子 科技大學(xué)出版社 ,20xx [4] 張齊等 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 基于 C 語言編程 [M]. 電子工業(yè)出版社 ,20xx [5] 吳延海 . 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) [M]. 重慶大學(xué)出版社 ,1997: 15～ 16 [6] 李麗霞 . 單片機(jī)在超聲波測(cè)距中的應(yīng)用 [J].電子技術(shù) ,20xx: 22～ 23 [7] 姜道連 ,寧延一 ,袁世良 . 用 AT89C2051 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