【正文】 再設(shè)計(jì)的過程中考慮了這些因素，并給出了一些解決方案。另外程序控制單片機(jī)消除各探頭對發(fā)射和接收超聲波的影響。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)，超聲波被發(fā)射后按原路返回,在經(jīng)過放大帶通濾波整形等環(huán)節(jié),然后被單片機(jī)接收,計(jì)數(shù)器停止工作并得到時(shí)間。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即硬件電路和軟件程序。 ｝超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要：超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。 //關(guān)定時(shí) TO=1。 //關(guān)外部中斷1flag=1。 key()。 bell=1。temp[1]=0xF7。} //測Wu次距后取一次溫度聲速 w++。amp。 //延時(shí)66uS，限制最小測量 ET1=1。while(1){ TT1()。 //如WD為0只顯示溫度//測距部分開始 TMOD=0X11。 key()。 key()。 key()。 //停止計(jì)數(shù)do{ LED_T_C(Read_Temperature())。 OFF=0xff。 bell=0。 led_1H=0。 Read_Temperature()。} if(k3==0){bell=0。bell=1。}}//多次顯示函數(shù)//void key(void) //鍵盤掃描{if(k1==0||k2==0||k3==0) { show(5)。 //若1820不存在即無法讀取溫度，則聲速＝（取25度） return speed。 //采溫度 if(r){ //若1820存在則處理 if(T_C!=y) //若溫度有變化則按溫度值取聲速 { T_C=y。 //個(gè)位 }////裝入初值void TT1(void){TH1=(6553558000)/256。 //2位 x/=10。led_1H=1。led_2H=1。led_3H=1。 //轉(zhuǎn)換為s 單程 return cm。 cm=TH1*256+TL1。 _nop_()。i++)。 for(j=0。} //1位 else{temp[1]=0xF7。 } //返回0XFF表示未檢測到18B20 }//void LED_T_C(uint x) //溫度顯示轉(zhuǎn)換 { if(tu==1){temp[2]=0x26。tu=1。 //讀兩個(gè)字 reset()。 //復(fù)位18b20 tu=0。 // 延時(shí) } DQ = 1。_nop_()。 v=1。i0。 //算法，相當(dāng)于右移1位 } time_11uS(1)。0x01。_nop_()。 for (i=8。 // 等待66US while(DQ==0){r=1。 DQ = 0。}//uchar reset(void) //復(fù)位1820{ r=0。 //根據(jù)溫度查表取聲速值float Dis_count()。 //延時(shí)1mSvoid Send_40K(void)。 //寫1820uint read(void)。 //0.~ //溫度部分涵數(shù)聲明void time_11uS(uint x)。 //定義實(shí)形距離變量float speed=。 //定義溫度正、負(fù)標(biāo)示位0為正1為負(fù)bit show_temperature=0。bit r=0。 //定義蜂鳴器，為1則不響，為0時(shí)響sbit Sout=P3^7。 //定義數(shù)碼管百位 片選sbit led_2H=P2^6。同時(shí)還要感謝給我們提供優(yōu)越學(xué)習(xí)條件和優(yōu)良儀器的各位實(shí)踐部老師。感謝他們四年來的辛勤栽培。在四年的本科學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。 //如果WD為0則只顯示溫度 }}6結(jié) 束 語 本文借助于模數(shù)電技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，解決了超聲波測距的一些難題。 //測量數(shù)據(jù)顯示 } } TO=0。}//溢出處理 else{ bell=0。 //轉(zhuǎn)換距離 flag=0。 //判斷是否有收到回波 如有則計(jì)算 判斷 是否超出測量范圍 if(flag==1) { if(w27){C_speed()。 //允許外部中斷0中斷 do{ led_display()。 //啟動(dòng)定時(shí)器T1 Send_40K()。 //開總中斷 IT1=1。 key()。 key()。 key()。 //顯168次后采一次溫度 key()。T_show: //標(biāo)號(hào) EA=0。 time(20)。led_3H=0。w255。 //轉(zhuǎn)換為s 單程 return cm。 cm=TH1*256+TL1。 //溫度為正則+聲速 else speed=332T_C*。 } //返回0XFF表示未檢測到18B20芯片} int C_speed(void) //根據(jù)溫度查算聲速值{ uchar y。tu=1。 //讀兩個(gè)字 reset()。 //復(fù)位18b20芯片 tu=0。綜合以上對兩種編程語言特點(diǎn)的比較，并考慮到單片機(jī)之間采用串行數(shù)據(jù)傳送，采用C語言編寫的話又可以簡化許多使用匯編語言時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算的不便。因此利用C語言編寫程序可以大大縮短目標(biāo)系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，程序的可讀性明顯增加，便于改進(jìn)、擴(kuò)充、研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。C語言是一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)語言，支持支持由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。因此，匯編語言可直接利用機(jī)器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器、標(biāo)志位以及一些特殊指令等，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)。匯編語言是一種面向機(jī)器的低級的程序設(shè)計(jì)語言。就可以實(shí)現(xiàn)溫度測量，如圖53 圖419 溫度測量芯片5 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分十分的重要，距離的換算與顯示，就連部分硬件電路不能完成的濾波也要靠程序來完成。下面公式是超聲波傳播速度與空氣溫度的關(guān)系。同時(shí)，地線是所有信號(hào)的公共點(diǎn)所有信號(hào)電流都要經(jīng)過地線。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，有意識(shí)地把各種不同功能塊的電路單獨(dú)設(shè)置供電系統(tǒng)電源。③ 低通濾波器。它可消除過壓、欠壓所造的影響，保證供電的穩(wěn)定。供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間lmsAtls ，稱為浪涌和下陷噪聲。這種跳變的持續(xù)時(shí)間很短，人們稱之為尖峰電壓。一般情況下，電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)干擾主要由發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、大功率繼電器、電臺(tái)等的感應(yīng)引起，其強(qiáng)度遠(yuǎn)小于電源接地系統(tǒng)和U0系統(tǒng)的干擾，這種干擾可采用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以抑制。干擾竄入測量裝置有三條主要途徑，如圖418： 圖418 產(chǎn)生誤差的途徑（1）電磁干擾干擾以電磁波輻射的方式經(jīng)空間竄入測量裝置。 系統(tǒng)干擾因素測量裝置的干擾來自多方面。超聲波的衰減有兩種表示方法。超聲波的聲壓和聲強(qiáng)均隨至聲源的距離的增加而減弱。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發(fā)射開始到虛假反射波結(jié)束的時(shí)間段里的信號(hào)。由于該裝置在距離較遠(yuǎn)時(shí)對精度要求不是很高，所以可以用EchoL探測。其測距原理是：控制器現(xiàn)發(fā)出一串頻率為fH的超聲波，串長度可以有10～16個(gè)完整的波形，接著送出4～8fL低頻率的超聲波。如圖416所示：圖416穩(wěn)壓電源 圖417 單片機(jī)電路 提高測距的范圍由于空氣對超聲波的吸收與超聲波頻率成正比，因此用來測距的超聲波的頻率不能很高。顯示及其驅(qū)動(dòng)電路的原理圖見圖415?？梢蕴峁﹩为?dú)鎖存的I／O接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉(zhuǎn)換器74LS164，擴(kuò)展并行的I／O口。CX20106內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。電容C9對經(jīng)過三極管的信號(hào)進(jìn)一步整形，去掉信號(hào)波形中的毛刺，使波形更好。電路中加入二極管D1同樣是因?yàn)樯厦嫣岬降奶筋^的感性。調(diào)試時(shí)，在a點(diǎn)與+16V（電源）之間用導(dǎo)線快速短路一下后松開，繼電器應(yīng)吸合（或釋放），再短路一下松開，繼電器應(yīng)釋放（或吸合），如果繼電器無反應(yīng)，請檢查雙穩(wěn)電路元件焊接質(zhì)量和元件參數(shù)。如圖411所示： 由于在距離較遠(yuǎn)的情況下，超聲波的回波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的幅值也較小，為此要求將信號(hào)放大60萬倍左右。兩個(gè)動(dòng)作幾乎是同時(shí)的，可以提高此后計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。所以當(dāng)發(fā)射電路停止向其輸入脈沖信號(hào)后，如果沒有合適的能量釋放回路，則在其感性的作用下，超聲波探頭內(nèi)部振蕩仍會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，仍然發(fā)射超聲波，會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。整形后的信號(hào)經(jīng)由三極管2放大，此時(shí)的信號(hào)已經(jīng)很可靠，可以滿足本次設(shè)計(jì)的需要。所以調(diào)節(jié)R1和R2即可改變脈沖頻率使之等于40KHz。圖46 40khz超聲波發(fā)射電路 圖47 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳 本次設(shè)計(jì)中NE555電路的工作原理是：單片機(jī)TXD口發(fā)出低電平，三極管Q5為PNP管所以導(dǎo)通，C極向外輸出高電平。輸入控制端有直接復(fù)位Reset端，通過比較器A1，復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。LM555可用NE555直接替代，效果一樣。由LM555第3腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換能器T4016，使之發(fā)射出超聲波信號(hào)。此電平控制T4016換能器發(fā)出40kHZ超聲波。發(fā)射超聲波信號(hào)大于8m。電感L1與電容C2調(diào)諧在40kHZ起作諧振作用。 圖43 40khz超聲波發(fā)射電路 40kHZ超聲波發(fā)射電路之二，由VTVT2組成正反饋回授振蕩器。電路工作電壓9V，工作電流約25mA。40kHZ超聲波發(fā)射電路之一，電路中晶體管VTVT2組成強(qiáng)反饋穩(wěn)頻振蕩器，振蕩頻率等于超聲波換能器T4016的共振頻率。對自己設(shè)計(jì)電路有很大幫助。（4）由于超聲波利用接收發(fā)射波來進(jìn)行距離的計(jì)算，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小為2，當(dāng)很小的時(shí)候，可直接按式進(jìn)行距離的計(jì)算；當(dāng)夾角很大的時(shí)候，必須進(jìn)行距離的修正，修正的公式為： （41） 實(shí)際的調(diào)試過程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因?yàn)槊恳环N超聲波發(fā)射、接收頭都有一個(gè)有效測量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測量夾角為45176。存在4個(gè)因素限制了該系統(tǒng)的最大可測距離：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射回波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。整體電路結(jié)構(gòu)圖如圖41。另外還有溫度測量電路測量當(dāng)時(shí)的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測量精度能夠達(dá)到要求。4 硬件電路設(shè)計(jì)介紹了本設(shè)計(jì)方案選擇的情況，下面將著重按照前面所分析和采用的設(shè)計(jì)方案來完成具體的電路設(shè)計(jì)。因此通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子電路的輔助設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)制作電路板的一個(gè)基本手段。早在20世紀(jì)70年代軍工部門就是利用計(jì)算機(jī)來完成飛機(jī)，火箭等航空，航天器的設(shè)計(jì)工作。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)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器了。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多種超聲波發(fā)生器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為340m／s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡便。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時(shí)間地工作而不失效。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。由于聲波振動(dòng)引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。頻率愈高速度愈大。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。人的聽覺范圍如圖25所示。 極限參數(shù) 表31 AT89S52極限參數(shù)參數(shù)額定值單位操作溫度0～+70或40～+85176。AT89S52的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括256字節(jié)的內(nèi)部RAM，特殊功能寄存器（SFR），2K字節(jié)的片內(nèi)EEPROM和可擴(kuò)展至64K的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。智能系統(tǒng)一般需要在惡劣的環(huán)境下長期連續(xù)地工作，因此在滿足功能的基礎(chǔ)上，其可靠性也是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)方面，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于通信、雷達(dá)、遙控和自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域中。近年來，微處理器已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，尤其是在智能儀器儀表中的應(yīng)用更是如此，這不僅引