【正文】 于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。因此，只用為測距設備設定 “ 標定 ” 和 “ 測 量 ” 兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實現(xiàn)的高精度測距功能。 如下圖所示： 圖 標桿校正示意圖 超聲波測距裝置首先測量距離已知為 h 的基平面（標桿）聲波往返所用的時間，而后由測得的時間和距離 h 求出當?shù)芈曀?。由于能夠使用高頻率的晶振，因此相對于普通單片機來說可以有效的減少由計 時問題帶來的量化誤差，能夠滿足較高精度超聲波測距儀的設計要求。為了更好的實現(xiàn)換算過程同時兼顧設備的使用成本，我們采用宏晶公司的最新推出的 AT89S52 單片機實現(xiàn)超聲波測距的各項功能。% 的使用精度，在這個空間內(nèi)足以保證為超聲波測距設備提供足夠的精度范圍。 為了便于對溫度信號的數(shù)據(jù)采集及處理，我們采用 DALASS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 集成 畢業(yè)設計（論文）報告紙 37 溫度傳感器。而問題的關(guān)鍵在于獲得溫度數(shù)據(jù)的方法。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準確的當?shù)芈曀佟? 此公式一般能為聲速的換算提供較為準確的結(jié)果。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即： MRTCs ?? 由上式知，在空氣中，當?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準確的當?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y距時的測量精度。 經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。并記錄數(shù)據(jù)，分析誤差。 time=256*TH0+TL0。 //關(guān)定時器 0 ET0=0。 //超時標志 flag=1。 EX0=1。 } sg=1。_nop_()。_nop_()。 _nop_()。_nop_()。_nop_()。//超聲波發(fā)送引腳 _nop_()。i10。//開定時 0 ET0=1。 TL0=0。 部分源程序如下： void send()//脈沖波發(fā)送 { uchar i。進入中斷后就立即 關(guān)閉計時器 T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值 1。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 （詳見圖 ） 發(fā)送 2個左右超聲波脈沖信號（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs左右，同時把計數(shù)器 T0 打開進行計時。主程序采用 C 語言編寫。由于采用的是 12 MHz 的晶 振， 計數(shù)器每計一個數(shù)就是 1μs，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（ ） 計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設計時取 20℃ 時的聲速為 344 m/s 則有： 1 0 0 0 0 01 7 22)*( 0Ttcd ?? 其中， 0T 為計數(shù)器 0T 的計算值。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口清 0。 定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。 } } } 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務程序，如圖 所示。}} if(Tout==1) {Tout=0。} flag=0。 sound_play1()。 print(1,2,前方距離 :)。 sound_play3()。 while(Tout==0) {if(flag==1) {s=puters(c)。 c=puterv()。 print(1,1,溫度 :)。 if(flag1==1) { tvalue=get_temp()。 flag=0。//外部中斷 0 下降沿觸發(fā) EA=1。//EX0=1。 TL0=0。 TMOD=0x11。 部分 源 程序如下： { ulong s。 在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。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。我們知道 C 語言 程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序既有較復雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言和匯編語言混合編程。 TC35i 模塊輸入輸出的 TTL 正電平邏輯不是 +5V，而是 +，因此必要時加端口保護。所以該模塊對電源的要求較高，電源的內(nèi)阻 +FFC 聯(lián)接線的電阻必需小于 200mΩ 。同時模塊在在發(fā)射時，電流峰值可高達 2A。它支持 Text和 PDU格式的 SMS(Short Message Service,短消息 ),可通過 AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復 。 DS18B20 引腳 排列如圖 所示： 圖 DS18B20引腳排列圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 25 DS18B20 的引腳說明表如下表所示： 表 DS18B20引腳說明表 GND 地 DQ 數(shù)據(jù) I/O DDV 可選 DDV NC 空腳 DS18B20 溫度補償電路圖如圖 所示： 圖 溫度補償模塊電路圖 無線傳輸模塊 [22] TC35i 新版西門子工業(yè) GSM 模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級 GSM 模塊 ， 電源范圍為直流 ～ ,工作在 EGSM900 和 GSM1800 雙頻段 ,電流消耗休眠狀態(tài)為 ，空閑狀態(tài)為 25mA，發(fā)射狀態(tài)為 300mA(平均 )， 峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號 , 功耗在 EGSM900(4類 )和 GSM1800(1 類 )分別為 2W 和 1W ,通過接口連接器和天線連接器分別連接 SIM 卡讀卡器和天線。溫度測量電路是基于 DS18B20 單線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡單，可直接將其 DSD端與單片機 口（詳見圖 ）相連。 語音播報部分電路設計如下圖： 畢業(yè)設計（論文）報告紙 24 圖 語音播報模塊電路圖 溫度補償模塊 DS18B20 是美國 DALLS 公司推出的溫度傳感器芯片。一條信息可以完全占滿存儲空間 ,那么循環(huán)就可以從頭至尾進行工作 ,并由始至終反復重放。 A2未用。 A1刪除 EOM 標志 (REC only)可使錄入的分段信息成為連續(xù)的信息 ,用 A1 可刪除掉每段中間信息后的 EOM 標志 ,僅在所有信息后留一個 EOM 標志。 A0信息檢索 (PLAYE 或 PLAYL only) 不知道每個信息的實際地址 ,A0 可使操作者快速檢索每條信息 ,A0 每輸入一個低脈沖 ,可使得內(nèi)部地址計數(shù)器跳到下一個信息。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個低電平控制輸入信號出現(xiàn)為止 ,這一刻現(xiàn)行的地址 /模式信號被取樣并執(zhí)行。當電路中錄放音 轉(zhuǎn)換或進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位為 0。地址位僅作為輸入端 ,在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。一個最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。 超聲波接收電路如下所示： 圖 接收模塊電路圖 語音播報模塊 SD1420 簡介： 圖 ISD1420實物與引腳分布圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 23 ISD1420 是美國 ISD 公司出品的新型單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，較之以往所有的語音電路，具有專利技術(shù)的模擬處理存儲方式，使錄放音質(zhì)極 佳，沒有常見的的背景噪音，且電路斷電后語音內(nèi)容仍不丟失?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與測距超聲波頻率 40KHz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。 超聲波接收部分是為了將反射波 (回波 )順利接收到 ， 超聲波接收換能器 TCT40－ 畢業(yè)設計（論文）報告紙 22 16R 將接收到的反射波 轉(zhuǎn)換變成電信號，并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理后得到一個負脈沖送給單片機的 (INT0)引腳 （詳見圖 ） ，以產(chǎn)生一個中斷 。 8 腳： 電源正極， ～ 5V。 6 腳： 該腳與 GND 之間接入一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 0f ，阻值越大，中心頻率越低。 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，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 。增大電阻 R 或減小 C，將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 超聲波發(fā)射電路如下圖所示： 圖 發(fā)射模塊電路圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 21 接收模塊 CX20216 簡介： 圖 CX20216實物圖 CX20216A 的引腳注釋： l 腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 40 kHz 左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：采用硬件如由 555 振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機軟件編程輸出， 為了節(jié)省成本， 本 次設計 采用 了 后者。 15 腳 GND、 16腳 VCC（ +5v）。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù) 從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9插頭；DB9 插頭的 RS232數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 其中 13 腳（ R1IN）、 12腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。當按下復位按鈕時，電容迅速放電，使 RST 端迅速變?yōu)楦唠娖?，復位按鈕松開后，電容通過電阻充電，逐漸使 RST 端恢復低電平。單片機的復位電路有兩種：上電復位和手動復位。 復位是單片機的初始化操作，只要 RST 引腳出至少保持兩個機器周期的高電平就可以實現(xiàn)復位。對外接電容值雖然沒有嚴格的要求，但是電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、快速性以及溫度穩(wěn)定性。這個放大器與反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個自激振蕩器。本設計只有一片單片機，采用內(nèi)部時鐘方式。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所需的時鐘信號，其有兩種時鐘方式：外部時鐘和內(nèi)部時鐘。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳 完 全兼容。顯示內(nèi)容包含當前溫度值和所測距離。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路 ,超聲波接收電路 ,單片機電路 ,顯示電路，語音播報電路和溫度補償電路等幾部分模塊組成。 圖 硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 整體電路圖 畢業(yè)設計（論文）報告紙 16 整體電路的控制核心為單片機 AT89S52。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 15 第三章 超聲波測距系統(tǒng)硬件部分設計 概述 本章以及下一章將詳細介紹本次設計的具體細節(jié)。因此， cb為可測距范圍 。另外，從圖中 A 點以后，接收信號才比發(fā)射信號大，但還將與發(fā)射信號相迭加，難以分辨從 c 點以后，發(fā)射信號低出閩值鱺，接收信號才基本擺脫發(fā)射信號干擾，而能明顯的被分辨，所以在要求較高時，把 oc這段時間規(guī)定為盲區(qū)時間。為保證一定的信噪比，接收信號幅值需達到規(guī)定的閾值 mV ，亦即接收信號的幅值必須大于這一閩值才能使接受放大器有輸入信號。當反射面離探頭愈來愈遠，接收和發(fā)射信號相隔時間愈來愈長，其幅值也愈來愈小。因此，在一段較長時間內(nèi)，加在接收放大器輸入端發(fā)射信號幅值仍具一定幅值高度，可以達到限幅電路的限幅