【正文】 //寫入 LCD 命令 void Write_Data(uchar)。void B20_WDAT(uchar dat)。void delay1ms(uint ms)。 //LCD RWsbit E =P2^2。 //距離uint temp。uint num[29]={0}。839。639。439。239。039。在此我要向我的導(dǎo)師張志通老師致以最衷心的感謝和深深的敬意！在三年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，每位老師對(duì)我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進(jìn)步。在此向老師們表示深深的感謝和崇高的敬意。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。第 5 章 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，解決了超聲波測距的一些難題。 //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} 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。tu=1。 //讀兩個(gè)字 reset()。 //復(fù)位 18b20 芯片tu=0。所以必須對(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。在系統(tǒng)主程序中，發(fā)射的4OKHz 脈沖信號(hào)遇到障礙物反射后，經(jīng)接收檢測電路產(chǎn)生外中斷信號(hào)至單片機(jī)。 //超 聲 波 發(fā) 送 關(guān) 閉CSBIN=1。TH0=0x15。for(i=0。 //刷 新 顯 示}puter()。if(15==count) //1S 到 ， 檢 測 溫 度{temp=wd()。 //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)。while(i)。 //蜂 鳴 器 鳴 音 一 次 提 示 按 鍵 按 下i=100000。i20。 //初 始 化display()。i++)for(j=0。(3)按鍵 S 為測量啟動(dòng)鍵；(4)系統(tǒng)采用 AT89S52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，避免直達(dá)信號(hào)造成誤判。對(duì)其中主要硬件單元: 發(fā)射電路、接收電路、檢測電路以及顯示電路的設(shè)計(jì)給出原理圖并進(jìn)行了分析計(jì)算。這里要注意的是，為了布線方便，單片機(jī)端的 D0～D7 是接到 LCD／602 的 D1～D0，正好相反，因此在編寫軟件時(shí)需要做處理，使讀取正確。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，與數(shù)碼管相比，顯得更專業(yè)、美觀。這里采用的主要元器件是是美國 Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點(diǎn)。其引腳如圖 37 所示，其內(nèi)部含七對(duì)達(dá)林頓放大管，其主要功能: 當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平。RST9XTAL218XTAL119VSS20PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31VCC 40AT89S51IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77OUT1 16OUT3 14OUT4 13OUT5 12OUT6 11OUT7 10OUT2 15COM 9GND8ULN2022AOE1CLK11D02 O0 19D13 O1 18D24 O2 17D35 O3 16D46 O4 15D57 O5 14D68 O6 13D79 O7 12VCC 20GND1074ACQ574PC12XTALC3C21KR1C1VCCVCCKfgedKcDPbaDpy RedCCKfgedKcDPbaDpy RedCCKfgedKcDPbaDpy RedCCVCCVCC12345678161514131211109Res Pack4VCCY1Y2Y3Y1 Y2 Y3X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1X2X3X4X5X6X7X8X1圖 35 顯示部分電路圖針對(duì)以上 3 個(gè)問題，實(shí)際考慮節(jié)約單片機(jī)的接口資源以及減少硬件芯片成本投入，本單元電路設(shè)計(jì)如圖 35 所示，采用 3 位共陰極數(shù)碼顯示管，顯示字符由單片機(jī) P2 口送至鎖存器 74HC574 鎖存，再經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2O03 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，分別控制每一位的動(dòng)態(tài)顯示。其原理比較簡單。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。硬件譯碼則采用CD45174LS46 、74LS47 、74LS48 、74LS49 等 BCD 碼七段鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)芯片直接譯出筆劃信息。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一段筆劃或點(diǎn)就發(fā)亮，控制不同二極管導(dǎo)通就能顯示出不同符號(hào)。液晶屏。??KR12。0?I故可知本電路中:U ，且 I 所以有0,0????Ufi (34)iRU23??上式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例運(yùn)算關(guān)系，式中的負(fù)號(hào)表示 與 反相。同時(shí)，換能器的輸出電壓很小(數(shù)十毫伏 )，這就要求前置放大電路有很高的精度、很小的輸入偏置電壓 (Input Offset Voltage)。因壓電效應(yīng)晶片兩面出現(xiàn)交變的等量異號(hào)電荷，電荷量很少，只能提供微小交變的電壓信號(hào)，而不能提供電流信號(hào)。（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)?2SCt?V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： (31)costS??? 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。 發(fā)射電路常用方案由上面的分析，我們知道發(fā)射電路設(shè)計(jì)的主要目的是抬高輸入到發(fā)射探頭的電壓及圖 31 超聲波發(fā)射電路框圖其功率。此方法測試距離太近。發(fā)射電路設(shè)計(jì)的是否合理直接影響發(fā)射波功率和波形的重復(fù)性。 發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案一、發(fā)射電路輸出波形分析為獲得高分辨力，發(fā)射電路設(shè)計(jì)應(yīng)保證發(fā)射的超聲波波形有良好的重復(fù)性。40 kHz 左右的方波脈沖信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由555 振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機(jī)軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。這里使用 CX 20226A集成電路對(duì)接收探頭接受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，信號(hào)經(jīng)過 端口送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。不論超聲波傳感器的大小、形狀、靈敏度有何不同，其工作原理都有是一樣的（都是利用壓電晶體將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)彈性能，即在媒質(zhì)中產(chǎn)生超聲波） ，要提高超聲測量的精度或分辨力，必須從超聲波的發(fā)射和接收兩方面入手，這也是設(shè)計(jì)超聲測量儀器的關(guān)鍵和難點(diǎn)所在。通過詳細(xì)分析超聲傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及影響超聲傳感器的幾個(gè)重要參數(shù)給出本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用超聲傳感器的特性參數(shù)。從距離上說，根據(jù)盲區(qū)時(shí)間和聲速，就可以求得盲區(qū)距離。為保證一定的信噪比，接收信號(hào)幅值需達(dá)到規(guī)定的閾值 Vm，亦即接收信號(hào)的幅值必須大于這一閾值才能使接受放大器有輸入信號(hào)。因此，在一段較長時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍具一定幅值高度，可以達(dá)到限幅電路的限幅電平Vm。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會(huì)降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。長距離(2m 外)發(fā)射 800181。s(8 個(gè) 40KHz 方波脈沖)， 800181。但是根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，過寬的脈沖寬度會(huì)增加測量盲區(qū)，對(duì)接收回波及比較電路都造成一定困難?？諝庵新曀倥c溫度的關(guān)系可表示為： )/(???? (23)聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離：L=1/2(+)t。圖 26 測距原理由于超聲波也是一種聲波，其聲速 c 與空氣溫度有關(guān)，一般來說，溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加 米／秒。本文中選用的探頭是 4OKHz 的收發(fā)分體式超聲傳感器，由一支發(fā)射傳感器 UCMT40KI 和一支接收傳感器 UCMR4OKI 組成，其特性參數(shù)如表 25 所示。其中收發(fā)一體式就是發(fā)送器和接受器為一體的傳感器，即可發(fā)送超聲波，又可接受超聲波。接收超聲波時(shí)，超聲波的振動(dòng)集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板( 振動(dòng)板 )接到一個(gè)電極端，下面用引線直接接到另一個(gè)電極端。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會(huì)使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號(hào)。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。屬于晶體的如石英，妮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，欽酸鋇等。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動(dòng)力型傳感器稱為“哨”或“笛” 。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。s －1 表示，則有關(guān)系式(21)s=vt／2 (21)在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，按式(22)對(duì)超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。本設(shè)計(jì)采用往返時(shí)間檢測法測距。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)，就成為超聲波接收器。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 21 超聲波傳感器外部結(jié)構(gòu) 圖 22 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 超聲波測距原理及結(jié)構(gòu)電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。 超聲波傳感器介紹總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 超聲波對(duì)聲場產(chǎn)生的作用(1) 機(jī)械作用超聲波傳播過程中，會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機(jī)械效應(yīng)。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。 超聲波的三種形式超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致的波；表面波，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。發(fā)射電路接收電路AT89C51 LCDDS18B20報(bào)警電路圖 13 時(shí)序圖第 2 章 超聲波測距原理與方法 超聲波簡介超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都可使用的通用技術(shù)之一。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號(hào)，通過接收電路的處理，指定接收口即變?yōu)榈碗娖剑x取單片機(jī)中定時(shí)器的值。 本文主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)硬件部分由 AT89C51 控制器、超聲波發(fā)射電路及接收電路、溫度測量電路、聲音報(bào)警電路和 LCD 顯示電路組成。通過單片機(jī)編程將內(nèi)部計(jì)數(shù)得到的時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為距離信息，通過 3 位 LED 數(shù)碼管顯示，數(shù)據(jù) XXX，單位cm。從接收傳感器探頭 UCM40T 傳來的超聲回波很微弱 (幾十個(gè) mV 級(jí))，又存在著較強(qiáng)的噪聲，所以放大信號(hào)和抑制噪聲是放大電路必須考慮的。本節(jié)在此基礎(chǔ)上就如何具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。由于超聲波具有強(qiáng)度大，方向性好等特點(diǎn)，利用超聲波測量距離就可以解決這些問題，因此超聲波測量距離技術(shù)在工業(yè)控制、勘探測量、機(jī)器人定位和安全防范等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因此超聲波測距在移動(dòng)機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制