【正文】 Technical. 1991 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 27 致 謝 首先，我要感謝我的導師呂老師在畢業(yè)設計中對我給予的悉心指導和嚴格要求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設計期間所給予我得幫助。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 25 參考文獻 [1]胡萍 .超聲波測距儀的研制 .計算機與現(xiàn)代化， [2]時德剛，劉嘩 .超聲波測距的研究 .計算機測量與控制， [3]華兵 .MCS51 單片機原理應用 .武漢：武漢華中科技大學出版社， 2022 .5 [4]李華 .MCU51 系列單片機實用接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學出版社， 1993. 6 [5]陳光東 .單片機微型計算機原理與接口技術(shù) (第二版 ).武漢：華中理工大學出版社， [6]徐淑華，程退安，姚萬生 .單片機微型機原理及應用 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 1999. 6. [7]蘇長贊 .紅外線與超聲波遙控 .北京：人民郵電出版社， [8]張謙琳 .超聲波檢測原理和方法 .北京：中國 科技大學出版社， [9]九州 .放大電路實用設計手冊 .沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社， [10]樊昌元，丁義元 . 高精度測距雷達研究 .電子測量與儀器學報， [11]蘇偉，鞏壁建 .超聲波測距誤差分析 .傳感器技術(shù)， 2022. 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Instrumentationamp。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應該會正常工作。 在元件及調(diào)制方面， 由于采用的電路使用了很多集成電路。 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。 超聲波測距的算法設計原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。主超聲波測距儀主程序利 用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。 超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。 實驗證明用 CX20226A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。 超聲波檢測接收電路主要是由 集成電路 CX20226A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時 ，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。 超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。若想得到更高的精度，可要選用處理速度高的 DSP 芯片或高頻率的 MCU 運算芯片、靈敏度比較高的鎖定信號芯片、響應速度快的超聲波收發(fā)傳感器，而這些芯片一般應用在機器人設計的場合比較多。系統(tǒng)調(diào)試完后應對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容 C0 的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 部分源程序如下： receive1： push psw push acc clr ex1 ；關(guān)外部中斷 1 jnb , right ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務程序 jnb , left ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務程序 return： SETB EX1；開外部中斷 1 pop. acc pop. psw reti right： ...；右測距電路中斷服務程序入口 ajmp. return left： ... ；左測距電路中 斷服務程序入口 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 22 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用 Φ15 的超聲波換能器 TCT4010F1（ T 發(fā)射）和 TCT4010S1（ R 接收），中心頻率為 40kHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距 4～ 8cm，其余元件無特殊要求。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值 2 以表示此次測距不成功。 超聲 波測距儀主程序利用外中斷 0 檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。 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 端口發(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。 測出距離后結(jié)果將以十進制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直 接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時約 ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。其部分源程序如下： RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ；關(guān)外部中斷 0 ? MOV R7, TH0 ；讀取時間值 MOV R6, TL0? CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH；計算時間差 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 MOV 31H, A ；存儲結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A? SETB EX0 ；開外部中斷 0 POP ACC? POP PSW RETI 主程序流程圖 數(shù)碼管顯示 ******************************************** * 中斷入口程序 * ******************************************** ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH reti ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 20 圖 主程序流程圖 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。 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。然后重新從步驟 2 開始執(zhí)行。 (6)存儲了兩個時間值 t1 與 t2。 2)當進行第一個中斷處理時又同時收到第二個中斷信號的時候按如下進行處理，即收到第一個中斷后，就讀取計數(shù)寄存器 TH 與 TL 的計數(shù)值并存儲起來，為 t 。 但這里要注意，因為會遇到如下兩種情況。端，為了不受優(yōu)先級影響，只要設寄存器 IP=00 H 則 INT。 (4)當發(fā)送完 1O 個方波脈沖串后，就馬上啟動計數(shù)器 T1 進行計數(shù)，而計數(shù)器計數(shù)最長時間為 65． 536 ms，這種超聲波收發(fā)傳感器范圍控制在 8 m 范圍內(nèi)，從而計數(shù)器設定的溢出時間為 47 ms(因為聲波收發(fā)是來回時間的，所以設定為 (8／ 340)21 000 ms： 47 ms)，當溢出的話就重發(fā)方波脈沖串，直到接收器受到信號為止。 表 1 溫度與速度近似對應關(guān)系 溫度 /℃ ﹣ 20～﹣ 10 ﹣ 10～ 0 0～ 10 10～ 20 20～ 30 30～ 40 40～ 50 波速 /() 322 328 335 341 346 352 358 (3)測出相應的波速值后將其存儲，并將 P2． 5 口置 “1”停止 ADC0804 進行溫度采樣，然后通過 PZ． 0 口發(fā)出 1O 個周期 40 kHz 方波脈沖串，總時間為 250 s。 (2)讀取溫度溫度值，將 P2． 4 置 “0”，選通 AD 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0804 使其進人工作，同時 與 ADC0804 的 INTR 端連接，當 INTR 端輸出高電平則可以讀取此時溫度值。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。并且盡自己的能力設計了硬件系統(tǒng)的防干擾的方法 。結(jié)合系統(tǒng)的要求選定測距傳感器為本系統(tǒng)的測距傳感器，并且給出了工作原理、參數(shù)和電路。其中只畫出前方測距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測距電路與前方測距電路相同，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 故省略之。 本系統(tǒng)的特點是利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時間的計時，單片機選用 STC89C52，經(jīng)濟易用，且片內(nèi)有 4K 的 ROM，便于編程。單片機通過 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后利用單片機的 INT0，當 INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r就認為超聲波已經(jīng)返回 。主要由單片機