【正文】 //溫度變量uchar bdata flag。 //10 秒計次數(shù)uint distance。uchar jsh,jsl。}。,39。,39。,39。,39。,39。,39。,39。,39。,39。uchar numcode[10]={39。在此，向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示由衷的謝意！衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授。在今后的學習工作中，我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵，盡自己最大的努力取得更好的成績。中北大學畢業(yè)論文 32致 謝本文研究工作是在我的導師張志通老師的精心指導和悉心關懷下完成的，從開題伊始到論文結束，我所取得的每一個進步、編寫的每一段程序都無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。在三年的?？茖W習和生活期間，也始終感受著導師的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。從課題選擇、方案論證到具體設計，我查閱了大量的資料。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波的應用將越來越廣。靈活的運用超聲波換能集成電路作為超聲波的接收電路，在討論了超聲波測距原理、硬件電路實現(xiàn)和軟件設計方法基礎上，完成了超聲波測距的設計要求。程序采用先在計算機上進行軟件仿真，后灌進單片機中和硬件結合調試。中北大學畢業(yè)論文 30} 本章小結本章主要結合超聲測距系統(tǒng)的硬件設計方案，給出具體實現(xiàn)時單片機涉及到的軟件結構及其相關編程。 //計算距離 uS*34650mcm/=20220。cm=7610。} 實現(xiàn)距離計算float Dis_count() //距離計算函數(shù){float cm。 //溫度為負則聲速}}else speed=。 //溫度值＝變化后的溫度值if(tu==0)speed=332+T_C*。 y=Read_Temperature()。}else{return r。} //若溫度小于 0,tu=1 c=4。 // 發(fā)啟動溫度變換指令 if(c0x1000){c=c+1。 //讀完兩個字節(jié)后復位 write(0xCC)。 //發(fā)讀內部 9 字節(jié)內容指令 c=read()。 //先置位溫度正負標示為正if(r) { write(0xCC)。reset()。同時由于電路的測量距離有限最遠為 5 米，當測量距離超出 5 米時，接收探頭就不能檢測回波，即不能產(chǎn)出外部中斷更不可能關閉定時器。由于 51 單片機是 16 位定時器，最大計時時間為 65536us，當測量的距離很遠的時候，定時器就會發(fā)生溢出 。在中斷服務程序中，首先進行必要的現(xiàn)場保護，再把進入中斷服務程序處的計數(shù)值讀出并對該數(shù)據(jù)進行處理，計算得到相應的距離值，同時轉換為十進制，最后送到 P2 口顯示輸出。中北大學畢業(yè)論文 27} 外部中斷子程序如圖所示，中斷服務程序是響應單片機的外部中斷。EA=1。CNT=0。TL0=0xA0。}TMOD=0x11。i29。 //標 志 清 零} }}void sys_init(void){ uchar i。 //計 算 距 離hextobcd()。 //重 新 啟 動 轉 換display()。 count=0。 //停 止 計 數(shù)jsl=TL1。 //等 待 超 聲 波 返 回TR1=0。testtemp()。TR0=1。i=100000。while(i)。BUZZER=0。i++)delay1ms()。for(i=0。 //顯 示sta_flag=0。 //延 時 ， 等 待 系 統(tǒng) 外 圍 復 位 完 成 sys_init()。j255。i255。所以系統(tǒng)最小測量約為 112mm；系 統(tǒng) 主 程 序 如 下 ：void main(void){uchar i,j。如圖 41 所示描述了各個模塊的關系：圖 41 系 統(tǒng) 軟 件 方 框 圖系統(tǒng)主程序：中北大學畢業(yè)論文 24本 設 計 主 程 序 的 思 想 如 下 ：(1)溫度為兩位顯示，距離為四位顯示單位為 mm；(2)溫度每隔900ms 采樣一次，DS18B20 在12位精度下轉換周期為750ms ,故900ms 滿足該速度要求；超聲波每隔60ms 發(fā)送一次。中北大學畢業(yè)論文 23第 4 章 軟件設計和測量結果分析 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)程序結構：(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)本次設計使用 C 語言編寫程序，C 語言相比匯編有許多的優(yōu)勢；編譯器使用Keil Version2 進行程序編譯，Keil 功能強大使用方便。圖 310 報警電路 本章小結本章主要介紹了基于單片機的超聲測距系統(tǒng)的具體硬件設計電路。圖 38 DS18B20 溫度測量電路圖 39 TC1602 液晶顯示電路中北大學畢業(yè)論文 22 報警部分采用一個蜂鳴器，由 輸出一定頻率的信號，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過一個三極管 9012 的放大。第 7～14 腳：D0～D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。使用時，可將 P0 與 LCD 的數(shù)據(jù)線相連，P2 口與 LCD 的控制線相連，如圖所示。 TC1602 顯示的容量為2 行 16 個字。將 DS18B20 數(shù)據(jù)線與單片機的 口相連，就可以實現(xiàn)溫度測量，如圖 38 所示。由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同，為提高系統(tǒng)的精度，采用了溫度補償功能。 輸入為低電平時，輸出為高電平。OE 1 20 Vcc 1B 1 16 1C1D 2 19 1Q 2B 2 15 2C2D 3 18 2Q 3B 3 14 3C3D 4 17 3Q 4B 4 13 4C4D 5 16 4Q 5B 5 12 5C5D 6 15 5Q 6B 6 11 6C6D 7 14 6Q 7B 7 10 7C7D 8 13 7Q 8B 8 9 COM 8D 9 12 8Q9D 10 11 CLK圖 36 74HC574 引腳圖 圖 37 ULN2022 引腳圖表 31 74HC574 功能表INPUTS CLK DOEOUTPUT Q L ↑ HL ↑ L L H or L XH X XHLQ0ZULN2022 為顯示驅動芯片，抬升單片機的輸出電流，提高負載驅動能力。74HC574 為三態(tài)輸出 D 型上升沿觸發(fā)器，圖 36 為其引腳圖，在輸入使能端 有OE效時，當時鐘脈沖 CK 有上升沿跳變，觸發(fā)器發(fā)生翻轉，將鎖存的 8 路輸入數(shù)據(jù)( 即單片機 P2 口送出的字符數(shù)據(jù) )送出顯示。因此，動態(tài)掃描用得更多。靜態(tài)掃描顯示編程容易，顯示比較清晰，亮度一般較高。每數(shù)碼管應顯示數(shù)碼的筆劃信息也分路同時送給。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的(約 1ms)，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于 COM 端，而這一端是由 I/O 控制的，所以我們就可以自行決定何時顯示哪一位了。問題 3 動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。 圖 34 數(shù)碼管結構圖問題 2 軟件譯碼是將各數(shù)碼的筆劃信息構成一個表格預儲于內存，以后根據(jù)要顯示的每一數(shù)碼執(zhí)行一段查表程序，查得相應筆劃信息再送數(shù)碼管顯示。發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 34（b）所示；發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽，如圖 34（c ）所示。如圖 34（a）所示數(shù)碼管，每個數(shù)碼管內部，由 8 個發(fā)光二極管組成，其中七個組成 8 字形的七段筆劃，分別編號為 a、b、c 、d、 e、f、g，還有一個為小數(shù)點，標為 DP。綜合課題的實際要求由數(shù)碼管，通過單片機編程實現(xiàn)顯示，表示距離的 XXXcm 數(shù)值。最簡單的顯示器可以使 LED發(fā)光二極管，給出一個簡單的開關量信息，而復雜的較完整的顯示器應該是 CRT 監(jiān)視器或者屏幕較大的 LCD 于顯示的距離范圍在 4 米之內，選用 3 位 LED 示，表示距離的XXXcm 數(shù)值。 ，即放大電路將輸入信號放大 200 倍。P根據(jù)本設計系統(tǒng)需要，接收傳感器輸出電壓很小(數(shù)十毫伏)，故分別取 。?Ui電路的電壓放大倍數(shù)為: (35)23RUAiuf???利用反相比例放大器可實現(xiàn)對交直流輸入信號的放大，且電路結構簡單，只需要調節(jié) 和 阻值即可實現(xiàn)調節(jié)電壓放大倍數(shù)。，即凈輸入電流 I 0，如把它理想化，則有?，但不是斷開，故常稱為虛斷。前置放大電路是由一個高精度、高輸入阻抗放大器 TL082 及電阻 R 、2和 R 構成，組成反向比例放大電路，這樣可以減小地線噪聲的影響。LS2U CM 402314111TL082R2R3RpV CCV CCU 0U iIfIi圖 33 前置放大電路圖電路如圖 33 所示，考慮到超聲換能器的輸出電阻比較大(一般數(shù)百兆歐姆以上)，因此前置放大器必須有足夠大的輸入阻抗(Input Impedance))。所以需要一個前置放大電路將這一微小交變電壓信號充分放大，同時考慮可能出現(xiàn)干擾信號，放大有用信號的同時加入濾波電路，驅動后面的比較器輸出電位跳變，作為確定接收到的時刻。 接收電路設計接收換能器晶片接收到超聲波垂直作用后，因諧振而形成逐步加強的機械振動。接收換能器對超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)最小的可測距離。傳播媒質的溫度、壓力、密度對聲速都將產(chǎn)生直接的影響，因此需對聲速加以修正。測距誤差主要來源于以下幾個方面：（1）超聲波波束對探測目標的入射角 的影響；?（2）超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā)；（3）超聲波傳播速度對測距的影響。超聲波在空氣中的傳播速度約為 340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出超聲波發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即為：s=340t/2，這就是所謂的時間差測距法。本系統(tǒng)用單片機 發(fā)射一組方波脈沖信號，其輸出波形穩(wěn)定可靠，但輸出電流和輸出功率很低，不能夠推動發(fā)射傳感器發(fā)出足夠強度的超聲信號，所以在此間加入一個單電源乙類互補對稱功率放大電路，如圖 32 所示。另外考慮實際發(fā)射傳感器的最大輸入電壓為 20Vpp，以及單片機正常工作輸出最大電壓 5V，傳感器發(fā)射信號的功率直接決定發(fā)射探頭發(fā)出超聲信號的遠近，所以考慮電壓的同時應該考慮如何提高其功率，才能使得發(fā)射電路更合理。本系統(tǒng)采用間斷多脈沖發(fā)射，系統(tǒng)自動識別被測距離遠近，設置發(fā)射脈沖個數(shù)。間斷地激發(fā)換能器晶片振動。通常發(fā)射電路按發(fā)射方式分為:單脈沖發(fā)射、多脈沖發(fā)射和連續(xù)發(fā)射。由于超聲波是換能器壓電晶片振動時推動附近的空氣發(fā)出的疏密波，其“波形”應與晶片振動規(guī)律相同。此外，所發(fā)射的超聲波應盡量單純，即發(fā)射波的各個振動應近似為同一頻率的振動，以便接收時可采用帶通濾波器消除干擾和每次都接收到同一個振動波峰。圖中輸出端上拉電阻 R31，R32，一方面可以提高反向器 74HC04 輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。編程由單片機 端口輸出 40 kHz 左右的方波脈沖信號，由于單片機端口輸出功率不夠，40 kHz 方波脈沖信號分成兩路，送給一個由 74HC04 組成的推挽式電路進行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠，滿足測量距離要求，最后送給超聲波發(fā)射換能器 TCT40－16T 以聲波形式發(fā)射到空氣中。 發(fā)射電路設計超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器 TCT40－16T 能向外界發(fā)出 40 kHz 左右的方波脈沖信號。為節(jié)省硬件考慮，顯示電路采用動態(tài)掃描顯示。由于從接收傳感器探頭 UCM40T 傳來的超聲波回波很微弱（幾十個 mV 級） ，又存在著較強的噪聲，所以放大信號和抑制噪聲是放大電路必須考慮。 發(fā)射電路采用單片機 端口編程輸出 40KHz 左右的方波脈沖信號，同時開啟內部計