【正文】 以下是此程序所包含的各個模塊介紹： （ 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） 溫度補償與距離計算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補償子程序等； （ 4） 主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以及各個子程序的調(diào)度管理等部分。從而保證整個系統(tǒng)的品質(zhì)，可靠性以及可升級性。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué) 易用。 本設(shè)計所使用的軟件工具如下： ： Keil C51； ： C/C++。 （ 6） 6腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如 果該電容取得太大，會使探測距離變短。 下面是 CX20xx6A 集成 電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ： 圖 CX20xx6A 集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 下圖是 CX20xx6A 外部引腳圖： 圖 CX20xx6A 外部引腳圖 若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 f。 （ 2） 2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。（當(dāng) CX20xx6A 接收到 40KHz 的信號時 ， 會在第 7 腳產(chǎn)生一個低電平下降脈 沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳作為中斷信號輸入） 使用 CX 20xx6A 集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 C，在10～ +85176。 DS18B20 是采用專門設(shè)計的不銹鋼外殼，僅有 的壁厚，具有很小的蓄熱量 。熱敏元件品種教多，市場上銷售的有雙金屬片 、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻等。 (9)指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 (5)指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。 (3)指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 (9)第 16 腳：背光源負(fù)極。當(dāng) RS 和R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電 平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 (2)第 2腳： VDD 接 5V 正電源。這樣一來就組成某個字符。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理： ?線段顯示：點陣圖形式液晶由 M N個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64行，每行有 128 列，每 8列對應(yīng) 1 字節(jié)的 8位，即每行由 16 字節(jié)，共 16 8=128 個點組成，屏上 64 16 個顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對應(yīng)， 每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。由于在這 的時間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 2 ))(()(3 40 12 sXXmL ??? 圖 超聲波測距原理 超聲波測距的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 超聲波測距的系統(tǒng)框圖 1602 字符型液晶 顯示器 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示數(shù)字、字母、符號等點陣式 LCD， 現(xiàn)在常用的模塊有 16* 16* 20* 40*2 行等。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。超聲測距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平 均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離；② 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，故被測距離為 S=1／ 2vt。也就是說，若在壓電晶片兩邊加以頻率為 f的交流電電壓時，它就會產(chǎn)生同頻率的機械振動，這種機械振動推動空氣的張弛，當(dāng) f落在音頻范圍內(nèi)時便會發(fā)出聲音。 （ 3） 濾波電路采用的是電解電容和二極管并聯(lián)方式濾波，簡單的講就是電容兩端電壓升高時，電容充電，電壓降低時，電容放電，讓電壓降低時的坡度變得平緩，從而起到濾波的作用。 集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡單，可靠性好，抗干擾能力強，體積小，功耗低的優(yōu)點，所以首先考慮采用集成電路來組成收發(fā)電路。 一個控制口發(fā)出一個 10 us 以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。 ， 可以減少了很大部分可能存在的角度干擾問題。超聲波接收電路如圖 所示。 CX20xx6A 芯片電路可以對超聲波信號進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，比較完之后超聲波接收電路會輸出一個低電平到單片機去請求中斷，當(dāng)即單片機停止計時，并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。 圖 超聲波接收電路 HRSR04 超聲波集成模塊 HRSR04 超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭，超聲波接收探頭， CX20xx6A 芯片電路， 74LS04 芯片放大電路集成到的一起的一個超聲波集成模塊。 接收電路設(shè)計 由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的，如果距離較遠(yuǎn)，那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號就會比較微弱，因此需要對接收到的信號進(jìn)行放大而且放大的超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)， 9位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms， 12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms。 C，軟件處理后可以達(dá)到 176。光標(biāo)減 1)， S=1且 N=1 (當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移 ) S=0 當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動 (3)數(shù)據(jù)指針設(shè)置： 數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地址為 80H+地址碼 (027H， 4067H) (4)其他設(shè)置： 01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針 =0，所有顯示 =0)； 02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。 (1)顯示模式設(shè)置： (初始化 ) 本設(shè)計采用 LCD 液晶顯示屏顯示。 (8)第十五腳 BLA:背光電源正極輸入 端。 (4)第四腳 RS:寄存器選擇信號線。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 (1)第一腳 GND：接地。 蜂鳴器 是 一塊壓電晶片，在其兩端加上 35V 的直流電壓，就能產(chǎn)生 3KHz 的蜂鳴聲。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 測按鍵是否被按下， 在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機械抖動。 圖 時鐘電路 按鍵電路 我們將按鍵電路接入單片機 口來啟動測量，在程序設(shè)計中通 過查詢的方式檢 在系統(tǒng)上電的瞬間， 復(fù)位端 RST 和 電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升， RST電位下降，于是在 RST 形成一個正脈沖。 （ 7） 增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。 （ 3） AT89S52 采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。 接入 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)采集端。 電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴展、 A/D 擴展等，使單片機完成較復(fù)雜的功能。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 3 單元模塊設(shè)計 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計 單片機主機 控制 電路 單片機最小系統(tǒng)主要是以 51 系列單片機作為核心，再附帶一些使單片機能夠運行的最小資源，主要包括電源、時鐘電路、復(fù)位電路和擴展接口電路等部分，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。目前 ， 典型的無線測距方法有超聲波測距、雷達(dá)測距、激光測距等。 通過簡單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波，單片機通過采樣獲取到 超聲波的傳播時間，用軟件來計算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進(jìn)行測距補償，其測量精度高 、 電路小巧 、 可靠性好 、 反映速度快。 方案二利用激光來實現(xiàn)測距的功能， 激光測距技術(shù)與傳統(tǒng)的測距技術(shù)比較具有測量精度高、準(zhǔn)直性好、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于遙感、精密測量、工程建設(shè)、安全監(jiān)測以及智能控制等領(lǐng)域，無論在軍事應(yīng)用方 面，還是在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)建設(shè)方面，都起著重要的作用。為了得到較為精確的測量結(jié)果 ，必須對波速進(jìn)行溫度補償。 環(huán)境溫度的測量我們一般用DS18B20 溫度傳感器測量 讀取 。 按照系統(tǒng)設(shè)計的功能要求，初步 確定設(shè)計的系統(tǒng) 由單片機 最小單元 模塊、超聲波發(fā)射接收 模塊 、 顯示模塊共四個模塊組成。 超聲波測距的主要方法有脈沖回波法、 頻差法和 共振法等。 圖 相位式激光測距的原理圖 方案三 基于單片機的超聲測距系統(tǒng)設(shè)計 S=vt/2 (21) 設(shè)超聲波發(fā)射器與接收器之間角度為 θ，則如圖 所示，被測物體實際距離 ?cosSH? (22) 其中對于 θ，有 將 (21)、 (22)、 (23)三式整理合并得 ]c o s [21 HLa rc tgvtH ? (23) HLtgarc?? (24) 當(dāng)需要測量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L 時，近似認(rèn)為 H 與 S 相等，可得 近 幾 年來，隨著電子測量技術(shù)的 不斷 發(fā)展，運用超聲波 技術(shù) 精確測量 距離 已 成為 可能。 激光測距 屬于 非接觸式的測量技術(shù) 范疇 ，原理是利用激光器向目標(biāo)發(fā)射單次激光脈沖激光脈沖串，通過測量激光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回到接收機的往返時間或相位，計算目標(biāo)的距離?？捎糜诮ㄖさ匾约耙恍┕I(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控 、 汽車倒車?yán)走_(dá)，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 頁 換能器或超聲波探頭。對于被測物處于黑暗、煙霧、有毒 、 有灰塵 等惡劣的環(huán)境下 完全不需要人工測量，保障了人身安全 。近年來此技術(shù)廣泛應(yīng)用于移動機器人的研制 。前 2種方法 由于技術(shù)難度 和 成本 的限制， 一般 常用 于軍事工業(yè) ， 而超聲波測距 所需要的技術(shù)難度相對較低且成本低廉，可以適合于民用工業(yè) 。其中，煤炭科學(xué)研究院研制 20xxA 型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信 息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機打印。隨著測距技術(shù)研究的不斷深入，對超聲測距系統(tǒng)功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲測距系統(tǒng)會帶來較大的測試誤差。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。由于 超聲波 信 號 具有 高頻特性， 此技術(shù) 早期 僅 僅使用模擬量信號的分析，大部分檢測設(shè)備僅有 A 掃描形式，需要對信號進(jìn)行人工分析才能得出正確的結(jié)論，對分析人員的 專業(yè)要求較高 ?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距 系統(tǒng) 的研制。因 此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的 事件 。隨著測距 系統(tǒng) 的技術(shù)進(jìn)步，測距 系統(tǒng) 將從具有單 一的 判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)