【正文】 數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。本系統(tǒng)對 DS18B20 采用外部供電，其優(yōu)點在于 I/O 線不需要強上拉，而且總線控制器無需在溫度轉換期間一直保持高電平。 [18] 圖 測溫原理 另外，由于 DS18B20 單總線通信功能是分時完成的，因此他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。如此循 環(huán)直至計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 1wire 是將數(shù)據(jù)線、控制線、地址線合為 1 根信號線。本設計采用 DS18B20 檢測現(xiàn)場溫度，用以實現(xiàn)實際波速的校準。 [16] 表 一些溫度下聲速 溫度 T/℃ 30 20 10 0 10 20 30 聲速 v/m/s 313 319 322 331 337 344 350 由 此可見溫度對超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。 設計方案 超聲波傳聲器結構簡單、行能可靠、成本低、易集成，因此常用超聲波測距。 //顯示 M DisplayOneChar(6,0,ASCII[i/100])。 DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10])。 //顯示 M } else { disbuff[0]=S%1000/100。 DisplayOneChar(1, 1, ASCII[10])。 V=(+*i)/2。 TH0=0。最后調用顯示程序顯示溫度，距離。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 void StartModule() //啟動模塊 { TX=1。 開 始1 6 0 2屏 初 始 化T 0定 時 器 初 始 化觸 發(fā) H C S 0 4模 塊定 時 器 計 時停 止 計 時 并 調 用 計 算 距離 子 程 序計 算 距 離 并 顯 示延 時 等 待 下 次 測 距南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 27 測出距離后結果將傳給 LCD 數(shù)碼顯示約 5s，延時 80ms,然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。 //當 RX 為 1 計數(shù)并 等待 TR0=0。 //開啟總中斷 while(1) { StartModule()。 //設 T0 為方式 1， GATE=1； TH0=0。 TempCyc10。 //延時片刻 (可不要 ) DisplayListChar(0, 0, mcustudio)。 void main(void) { unsigned char TempCyc。設置定時器 T0 工作模式為 13 位定時計數(shù)器模式。 [14][15] 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和子程序，如圖 41 所示。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。 通過利用 USB 塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動流量控制， PL2303HX能夠實現(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART（通用異步收發(fā)器）端口 ,高達 115200 bps的波特率可用于更高的性能使用。 PL2303 是 Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的 RS232USB 接口轉換器，可提供一個 RS232 全雙工異步串行通信裝置與 USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案。 系統(tǒng)通過 USB 供電， USB 同時兼做程序下載口，由于計算機 USB 口輸出電壓為 5V，所以不需轉換可直接使用。高電平表示有效，低電平則無效 ； 指令 4：顯示開關控制。當RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù) ； 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 ； 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 ； 第 15 腳：背光源正極 ； 第 16 腳：背光源負極。 數(shù)字式接口 ： 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 DS18B20 主要特性 獨特的單線接口僅需一個端口引腳 與單片機 進行通訊 ； 簡單的多點分布應用 ； 無需外部器件 ； 可通過數(shù)據(jù)線供電 ； 待機功耗 為零 ； 測溫范圍 55℃～ +125℃。放大后的交流信號送入比較器后輸出一個方波信號，并使觸發(fā)器觸發(fā)，向 CPU 發(fā)出中斷請求。 [9] 圖 時序圖 超聲波傳感器的發(fā)射電路主要由方波發(fā)生芯片， 40kHz 的晶振和 MAX232 芯片構成，單片機給方波發(fā)生芯片觸發(fā)信號后，方波發(fā)生芯片開始工作，產(chǎn)生 40kHz 的方波信號，電平轉換芯片 MAX232 將 TTL 電平轉換成可以驅動振蕩器的高電壓，進而產(chǎn)生所需的 40kHz 的超聲波。由于檢測一個從 1 到 0 的下降沿需要 2 個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。計數(shù)值 N 乘以機器周期 Tcy 就是定時時間 t。 52 單片機最小系統(tǒng)晶振 Y1 也可以采用 ，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振， 52 單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。 XTAL1（ 19 引腳） ：振 蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， A 必須接 GND。這 一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOV 指令時有效。 DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效 ； ALE/ ROG（ 30 引腳）地址鎖存控制信號：（ ALE）是訪問外部程序存儲器時， 鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復用功能 ； RST（ 9 引腳）：復位輸入。 P3 的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 P2 作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（ I） 。對端 口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。此時， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設備。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 第三章 系統(tǒng)硬件 設計 STC89C52 單片機的功能及特點 STC89C52 單片機是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機， 12 時鐘 /機器周期和 6 時鐘 /機器周 期可以任意選擇。 S T C 8 9 C5 2 單 片 機溫 度 檢 測 模 塊測 距 顯 示 模 塊信 號 放 大 ， 脈 沖整 形 ， 帶 通 濾 波驅 動 模 塊測 距 數(shù) 據(jù)發(fā) 射接 收超 聲 波 換 能 器溫 度補 償 圖 超聲波測距系統(tǒng)結構圖 由于測量距離的精度和長度要求不是很高，精度達到 2cm，測量距離達到 4m即可，因此超聲波模塊選用價格低廉且實用的 HCSR04 即可。t2 是 接收超聲波 時刻 ， t1 是 超聲波 聲波 發(fā)射 時刻， t2t1 得出的是一個時間差的絕對值，假定 t2t1=，則有 340m=。設 l 為測量距離， t 為往返時間差，超聲波的傳播速度為 c，則有 l=ct/2。 超聲波測距原理 超聲波測距的方法有多種 ,如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。噪聲有兩類，一類電噪聲，在處理上同其它電子儀器一樣，另一類為機械噪聲，其中工業(yè)噪聲頻率較低，對液介式超聲測距儀，工作頻率較高，可以避開 工業(yè)噪聲頻譜段。另一方面，可以 使遠處的回波信號的幅度增大，以提高測量的精度。對一定介質，通常采用對溫度進行修正的方法，可以測得比較準確的距離。但是，由于接收電路多少會受到發(fā)射電路的感應，并且發(fā)射探頭所發(fā)出的超聲波可能有部分直接繞道接收探頭，因此實際上仍存在一定的盲區(qū)，不過它要比單探頭方式的盲區(qū)小很多。當開始計時，測量超聲波在空氣中的 傳播時間才有效。為了保證一定的信噪比，接收信號需要規(guī)定一個值，接收信號必須大于這個值，才能有輸出信號。 使用 單 個探頭同時充當發(fā)射 器 和接收 器的情況下，由于在探頭上施加的發(fā)射電壓強達幾十伏，雖然發(fā)射信號只維持一個很短的時間，但 施加發(fā)射信號 停止后，探頭上還有 一定的余 振，因此在一段較長的時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號幅值還是很 強的，可以達到限幅電路，引起探頭振動， 導致不能進行正確的測量。利用查詢或者中斷的方法便可以檢測出這些脈沖，便于測量出發(fā)射到接收到脈沖的時間。目前使用的方法有信號過零檢測，包絡檢測和脈沖檢測等方法。若要求測距誤差小于 ，已知聲速 v=344m/s(20℃ 時 )。 [5] 圖 超聲波傳感器指向特性圖 超聲波測距 超聲測距的方法 超聲波測距的方法有多種，如 聲波幅值檢測法 、相位檢測法 和往返時間檢測法等。指向特性用指向圖表示。并且最大靈敏度向著稍低的頻率移動。 由 圖 知 ， f0 為中心頻率 ， 曲線在 f0 處 達到最大值 ， 相應 輸出電信號的幅度最大，信號 在 f0 處接收靈敏度最高。 頻率特性 圖 是超 聲波的頻率特性曲線。 利用逆壓電效應可以 產(chǎn)生 超聲波。常見的壓電材料有石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導體、高分子壓電材料等，壓電效應包括正壓電效應和逆壓電效應。壓電式超聲波傳感器如圖 所示。它是 不同 介質固有的一個常數(shù)，它的數(shù)值對超聲波在介質中的傳播非常重要，單位為瑞利 (rayl)。 根據(jù) 物理學可知，當 波在界面上產(chǎn)生反射時， 波速之比 等于 入射角的正弦之比 ，南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 當反射波 和 入射波 的波型相同時，波速相同，反射角 等于入射角度 。由于介質的壓強 、 溫度 和流速等狀態(tài)參量的變化都會引起 相 應的聲速變化，因此出現(xiàn)了超聲溫度計和超聲流量計等 儀器 。如在常溫下，空氣中的聲速約為340m/s，在 液體中 的聲速約為 1440m/s，而在 固體 中約為 5000m/s。它是一秒鐘超聲波等相位面通過的距離，與介 質的彈性性質 和 密度 有關。根據(jù)聲波振動頻率的范圍，可以 將其 分為次聲波、聲波、超聲波和特超聲波。 超聲波概述 聲音是和 人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象，人們對 很早以前對 聲音 就有一定認識，在人們的日常生活中存在著各式各樣的聲音 。 超聲波測距技術：超聲波測距技術與一般測距技術相比，具有操作方便、系統(tǒng)簡單以及計算簡單的優(yōu)點。超聲波測距通過發(fā)出超聲波并接收反射回來的回波，并通過單片機的計算就可以知道物體的距離。 [2] 在處理器方面大多以單片機為主，其中 以 51 系列應用最為廣泛，采用運算速度更快，效率更高 DSP 芯片作為處理器，也正成為一個非?；钴S的研究方向。 國外在提高超聲波測距方面做了大量的研究，國內(nèi)一些學者也作了相關的研究 。在新的世紀里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用 。可在不同環(huán)境中進行距離準確度 的 在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。 由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境 。 ranging。 軟件部分 由主程序、延時子程序、發(fā)射子程序、接受子程序、顯示子程序、溫 度檢測子程序等模塊組成。它廣泛應用于建筑施工 、 防盜 、 倒車 、 水位測量以及一些工業(yè)現(xiàn)場。 本設計采用以 STC89C52 單片機為核心的超聲波測距的硬件電路和軟件設計方法 ， 在此基礎上設計了系統(tǒng)的總體方案 。最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了 所需功能 。 MCU 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） III 目錄 摘 要 ............................................................... I ABSTRACT ............................................................ II 目錄 ................................................................ III 第一章 緒論 ......................................................... 1 課題設計目的及意義 ............................................... 1 設計的目的 ................................................... 1 設計的意義 ..........................