【正文】 圖 37 單片機(jī)輸出脈沖波形 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文26 圖 38 放大后的脈沖波形 接收電路設(shè)計(jì)超聲波接收器主要由超聲波接收探頭和紅外線檢波接收集成電路兩部分組成。 其工作過(guò)程是：當(dāng)三極管的發(fā)射極接收到單片機(jī)給的低電平時(shí)，不管發(fā)射極有沒(méi)有超聲波輸入，由于三極管都不導(dǎo)通，所以超聲波探頭兩端一直沒(méi)有壓差而無(wú)法工作；當(dāng)單片機(jī)給了三極管基極低電平時(shí)，三極管的能否工作，主要取決于三極管的發(fā)射極有沒(méi)有信號(hào)輸入，當(dāng)有40kHz的方波信號(hào)輸入時(shí)，三極管根據(jù)信號(hào)高低電平?jīng)Q定導(dǎo)通與否，探頭兩端有了同頻率的壓差變化，這樣超聲波探頭將發(fā)生共振，完成發(fā)送超聲波的任務(wù)。(DISC)VR1VR2RD/Vc1Vc2 /34567812西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文24 （32(109)ln()tRCRC??????2）表32 555內(nèi)部工作過(guò)程輸 入 輸 出RD vI1 vI2 V0 TD0 X X 低 導(dǎo)通1 2/3 VCC 1/3 VCC 低 導(dǎo)通 1 2/3 VCC 1/3 VCC 不變 不變 1 2/3 VC 1/3 VCC 高 截止 1 2/3 VCC 1/3 VCC 高 截止由式（41 ） 、 （4－2）可得輸出脈沖得頻率為 （33）為達(dá)到頻率為 40 kHz 的超聲波，經(jīng)計(jì)算，C7 取 4700pF ，R9 取 510 。其工作過(guò)程可用表32 簡(jiǎn)潔表示，經(jīng)分析表明：電容 C7 的放電時(shí)間 t1 和充電時(shí)間 t 2 可分別表示為： （3110ln(2).70tRCRC???）1 2 3 4ABCD4321DCBA Titl eNumber RevisionSizeA4Date: 13May2022 Sheet of File: E:\業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) \ Drawn By:R15KΩR2 5KΩR3 5KΩG41TDG2amp。在這里我們利用其構(gòu)成了個(gè)多諧振蕩器產(chǎn)生40kHz的波形。在換能器系統(tǒng)中, 發(fā)射部分的共振頻率要與接收部分反共振頻率相匹配 [1]。例如，最大測(cè)距距離為3 m時(shí)，脈沖間隔時(shí)間t=2 D／C=21／340≈18 ms，實(shí)際應(yīng)取t≥18 ms?？紤]到超聲波頻率較低，可能對(duì)外界的抗干擾能力較差，因此不能發(fā)送單脈沖的超聲波。表 31 DB9 常用引腳說(shuō)明 9 針串口（DB9）針號(hào) 功能說(shuō)明 縮寫1 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD2 接收數(shù)據(jù) RXD3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR5 信號(hào)地 GND6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS8 清除發(fā)送 CTS9 振鈴指示 DELL 數(shù)據(jù)發(fā)送電路這部分電路主要由電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 和 DB9 串行接口等組成。表 31 顯示了 DB9 各引腳的具體功能。下面介紹本系統(tǒng)用到的 DB9 連接器。因此為了同計(jì)算機(jī)接口或終端的 TTL 器件相連，必須在兩者之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。信號(hào)無(wú)效（斷開，OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓）=3V~15V 。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文20 RS232 電氣特性RS232 對(duì)電氣特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都做了規(guī)定。由于R2 187。晶體振蕩器連接如下 圖32 晶體振蕩器連接 復(fù)位電路本復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位，在Vcc和RST 端接一容量為22uF左右的電解電容，其兩端并接一個(gè)輕觸按鈕（為限制按鈕按下時(shí)電容瞬間釋放的電流，避免產(chǎn)生火花，在按鈕一側(cè)串聯(lián)一個(gè)電阻），利用RST內(nèi)部復(fù)位下拉電阻便構(gòu)成復(fù)位電路。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文19為便于 CPU 處理數(shù)據(jù)，讓計(jì)時(shí)器每計(jì)一次數(shù)就是 1us，振蕩器采用了 12MHz的石英晶體。AT89C51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。由上可知，它的正常工作是保證測(cè)距儀成功測(cè)距的先決條件，單片機(jī)最小系統(tǒng)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文18的設(shè)計(jì)雖簡(jiǎn)單但很關(guān)鍵。 主控制電路主控制器主要由單片機(jī)AT89C5振蕩器和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī)接收信號(hào)后關(guān)閉計(jì)時(shí)器、禁止555 工作、處理有關(guān)信息，最后通過(guò)顯示電路顯示測(cè)量到的距離。電　源西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文16西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文17第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)在非接觸測(cè)量領(lǐng)域中，隨著傳感器技術(shù)水平的不斷提高，利用超聲波傳感器測(cè)量距離的技術(shù)也日趨成熟，基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀以其強(qiáng)抗干擾能力、高精度、低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制、勘探測(cè)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，本章論述了以 51 單片機(jī)為控制核心的超聲波測(cè)距模塊的具體電路設(shè)計(jì)。由控制芯片 AT89C51 產(chǎn)生控制信號(hào)，使 555振蕩產(chǎn)生超聲波，超聲波通過(guò)發(fā)射換能器發(fā)射出去，遇到障礙物返回，經(jīng)過(guò)接收換能器，接收電路，接收到超聲波信號(hào)，送入單片機(jī)分析。連接距離可達(dá) 50100 英尺，而 USB 連接最長(zhǎng)可達(dá) 16 英尺。另外短距離的通信，可以采用 SPI、I 2C 等，但是調(diào)試一般難度比較大，而且不是所有的單片機(jī)都擁有硬件的SPI 和 I2C，而一般的單片機(jī)的硬件資源里都有 UART 接口，而 UART 的調(diào)試是比較方便的，難度也相對(duì)較小。本系統(tǒng)直接采用三端穩(wěn)壓片 78L05 構(gòu)成的電源。運(yùn)行單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)候，因?yàn)槠湟蟮碾娏鬏^大，可能會(huì)造成單片機(jī)程序跑飛，復(fù)位等異?，F(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)。在本設(shè)計(jì)中,考慮到要顯示距離和溫度，采用 LCD 顯示。以上優(yōu)勢(shì)使得 LED 廣泛運(yùn)用于數(shù)字儀器、數(shù)控裝置、計(jì)算機(jī)等顯示部件中。 另外，由于發(fā)射與反射之間存在一定的夾角 2a，如圖 25，當(dāng) a 很小時(shí)，可直接按式（2－8）計(jì)算距離；當(dāng)很 a 大時(shí)，則必須進(jìn)行距離修正，其修正公式為（210） 。得到的數(shù)據(jù)送到串行口，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)溫度變化將聲速作相應(yīng)得處理；在軟件上，溫度補(bǔ)償常有方法有以下兩種：方案一：每次先按照式（2－9）計(jì)算當(dāng)時(shí)的聲速 V，然后再按式（2－8）計(jì)算距離。 L=1/2VT （28）式中 V 為超聲波在空氣中的傳播速度，0℃時(shí)為 331m/s, 25℃時(shí)為 347m/s西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文13其與環(huán)境溫度 T℃的關(guān)系如式（2－9）。當(dāng)輸入信號(hào)的電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出為“1”；當(dāng)輸入信號(hào)的電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出為“0”；這樣就取到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行變換的目的。方案二：采用紅外線檢波接收的專用集成芯片 CX20226A，它常用于電視機(jī)紅外遙控接收器，由于紅外遙控常用的 38kHz 載波與測(cè)距用的 40kHz 超聲波接近，當(dāng)它沒(méi)有接收到信號(hào)時(shí)輸出為高電平，當(dāng)它接收相近頻率的信號(hào)時(shí)輸出為低電平。正弦信號(hào)不能直接被處理器接收，因此最后必須進(jìn)行波形變換。 接收模塊超聲波接收器包括超聲波接收探頭。這種方法的特點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺乏靈活性。綜合考慮75kHz、40 kHz、25 kHz ,取40 kHz可以較好地解決這個(gè)矛盾。超聲換能器是超聲測(cè)試系統(tǒng)中產(chǎn)生并接收超聲的部件,其驅(qū)動(dòng)電路和回波檢測(cè)電路的性能對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。接收到的第一個(gè)脈沖去觸發(fā)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，使計(jì)數(shù)停止。 發(fā)射換能器 a 障礙物西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文10障礙物超聲換能器超聲換能器接收電路發(fā)射電路主控制器顯示單元溫度測(cè)試RS232 電平轉(zhuǎn)換 pc 機(jī) L S接收換能器 圖 23 超聲測(cè)距原理圖加 652783983 代做論文設(shè)計(jì) 從圖 23 中可以看出，由于本設(shè)計(jì)采用收發(fā)分體換能器，發(fā)射換能器和接收換能器存在一定夾角。因此，實(shí)現(xiàn)聲波測(cè)距必須避開直接測(cè)量時(shí)間的方法，才能獲得實(shí)用的測(cè)長(zhǎng)精度?？紤]實(shí)際情況，采用異地脈沖反射式來(lái)測(cè)距，即需測(cè)距離是聲波傳輸距離的一半。相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)法易受反射波的影響。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(jī)械噪聲，其中工業(yè)噪聲頻率較低，對(duì)液介式超聲測(cè)距儀，工作頻率較高，可以避開工業(yè)噪聲頻譜段。另一方面，可使遠(yuǎn)處的回波信號(hào)的幅度西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文9增大，以提高測(cè)量的精度。在超聲波檢測(cè)過(guò)程中，接收信號(hào)的衰減總是比發(fā)射信號(hào)余振衰減慢的多。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這是需要注意的。鑒于目前電子市場(chǎng)的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低本次設(shè)計(jì)成本，在不降低空間分辨率的情況下，選用國(guó)產(chǎn)現(xiàn)有壓電傳感器片最大半徑r=，故 =75 。對(duì)圓片傳感器來(lái)說(shuō)，它的大小與工作波長(zhǎng)λ，傳感器半徑r有關(guān)。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器 [12]。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 。也就是說(shuō)，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，0f這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。流體動(dòng)力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。 超聲波傳感器傳感器行業(yè)是知識(shí)密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學(xué)科有關(guān)，它的種類繁多。在空氣里， a=2 /cm，當(dāng)振動(dòng)的聲波1320s?頻率f=40kHz(超聲波)代入式(23) 可得: =3．2 ，即1／ =31m；若f=30 ?4cm??kHz，則1／ =56m。我們知道，電磁波的傳播速度為3 m／s，常溫下，超聲波在空氣中的傳播速度810大約為340 m／s，其速度相對(duì)電磁波是非常慢的。加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文5第 2 章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)第 3 章 加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)本課題要設(shè)計(jì)制作是一個(gè)數(shù)顯超聲波測(cè)距儀。第三章是對(duì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。從各功能模塊一一設(shè)計(jì)。目前這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，不斷提出新課題，具有廣闊的發(fā)展前景。隨之而來(lái)的是交通事故與日俱增，城市里尤其突出。超聲測(cè)距在液位測(cè)量、機(jī)械手控制、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識(shí)別等方面有廣泛應(yīng)用。儀器設(shè)計(jì)也應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，才能滿足用戶的要求。與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計(jì)新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計(jì)上有重大突破和創(chuàng)新，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。隨后具有檢測(cè)，記錄，存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測(cè)分析儀相繼研制成功。同期研制出的超聲檢測(cè)儀器還有 SC2 型，CTS25 型， SYC2 型超聲波檢測(cè)儀。如羅馬尼亞 N2701 型超聲波測(cè)試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數(shù)碼顯示，儀器重 10kg。直至七十年代中期，因超聲波檢測(cè)技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，未推廣普及，所以儀器沒(méi)有多大發(fā)展，仍使用電子管式的 UCT2，CTS10 型儀器。五十年代末六十年代初，國(guó)內(nèi)科研單位進(jìn)口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進(jìn)行仿制生產(chǎn)。我國(guó)超聲波檢測(cè)技術(shù)是從無(wú)到有，從低級(jí)階段逐漸發(fā)展到應(yīng)用普及的現(xiàn)階段水平。而由于超聲波的速度相對(duì)光速小的多，其傳播時(shí)間比較容易檢測(cè)，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測(cè)距。可想而知，它的應(yīng)用，必將在未來(lái)展現(xiàn)出奪目的光輝。沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)，我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。關(guān)鍵詞：超聲波；超聲波傳感器；AT89C51 單片機(jī)；LCD 顯示單元；測(cè)距儀西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 VDesign of Ultrasonic Distance measurement加 652783983 代做論文設(shè)計(jì)Abstract: The ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was establi