【正文】 [20] 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 初始化時(shí)序圖 。 而每次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要去單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序讀時(shí)序?qū)憰r(shí)序。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。這樣在轉(zhuǎn)換期間可以允許在單線總線上進(jìn)行其他數(shù)據(jù)傳輸，硬件結(jié)構(gòu)如下圖 : 圖 溫度采集電路 溫度采 集 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、 T1 中斷服務(wù)程序、 INT0外部中斷服務(wù)程序、溫度測(cè)量子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、延時(shí)子程序等。 [19] 溫度采集電路 溫度采用 DS18B20 傳感器進(jìn)行測(cè)量， 接 DS18B20 數(shù)據(jù)總線，控制 DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換和傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。由經(jīng)驗(yàn)公式 V=+ 得出現(xiàn)場(chǎng)波速，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測(cè)量。 計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 DS18B20 的測(cè)溫原理如圖 ，圖中低溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率受溫度很小，南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其 振蕩頻率明顯改變，產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 DS18B20 是 Dallas 公司開發(fā)的 1wire（單總線）高精度數(shù)字式半導(dǎo)體溫度傳感器，它具有節(jié)省 I/O 口弦資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，精度高，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多特點(diǎn)。 [17] 溫度補(bǔ)償及其原理 : 目前，大多數(shù)溫度測(cè)控系統(tǒng)在進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，通常采用模擬式溫度敏感元件，如熱電阻、熱電偶、紅外測(cè)溫儀等 ，將溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大電路放大到合適的范圍，再由 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。從式中可看出，要獲得精確的波速值，必須首先獲取現(xiàn)場(chǎng)溫度 T 的大小。為了得到較為精確的測(cè)量結(jié)果，必須對(duì)波速進(jìn)行溫度補(bǔ)償。表 1 為超聲波在不同溫度下的波速值。 在常溫下，超聲波的傳播速度為 340m/s，但其傳播速度 V易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng) 等因素的影響，其中溫度的影響最大。 } } 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第五章 溫度補(bǔ)償 采用超聲波測(cè)量距離的方法，實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，減小溫度對(duì)測(cè)距產(chǎn)生的誤差，最終由 LCD1602 顯示所測(cè)距離及現(xiàn)場(chǎng)溫度。 /*把溫度顯示出來 */ DisplayOneChar(7,0,ASCII[i%100/10])。 DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12])。 //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(2, 1, ASCII[disbuff[1]])。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 DisplayOneChar(0, 1, ASCII[disbuff[0]])。 disbuff[1]=S%1000%100/10。 DisplayOneChar(4, 1, ASCII[12])。 //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(2, 1, ASCII[11])。 DisplayOneChar(0, 1, ASCII[11])。 S=(time*V)。 /*讀取當(dāng)前溫度 */ Delay400Ms()。 TL0=0。 time=TH0*256+TL0。 void Conut(void) { unsigned int i=0。 } 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 距離計(jì)算子程序 距離計(jì)算子程序通過公式 41 計(jì)算距離，首先根據(jù)定時(shí)器 T0 計(jì)算超聲波傳播時(shí)間，然后再加入溫度校正，根據(jù)公式 V=(+*i)/2 計(jì)算當(dāng)前環(huán)境下超聲波速度，再由公式 S=(time*V)計(jì)算出距離，單位為 米。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 //啟動(dòng) 一次模塊 _nop_()。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用 C 語(yǔ)言編寫。 //80MS } } } 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 主程序流程圖 由于采用的是 12MHz 的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μ s，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（ 42）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃時(shí)的聲速為 344m/s 則有： d=(c? t)/2=172T0/10000cm 42 其中， T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。 //關(guān)閉計(jì)數(shù) Conut()。 //開啟計(jì)數(shù) while(RX)。 while(!RX)。 //允許 T0 中斷 EA=1。 TL0=0。 while(1) { TMOD=0x01。 TempCyc++) Delay400Ms()。//測(cè)試用句無意義 for (TempCyc=0。 DisplayListChar(0, 1, )。 //LCM 初始化 Delay5Ms()。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 Delay400Ms()。調(diào)用測(cè)距子程序計(jì)算距離并顯示。置位總中斷允許位 EA。 主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，初始化 1602 屏。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器中斷，執(zhí)行計(jì)時(shí)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。距離的計(jì)算公式（ 41）： L=s/2=(c? t)/2 (41) 其中， L 為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時(shí)間。 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器 R 所接收到。 [13] 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 程序下載電路圖 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第四章 系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序、溫度檢測(cè)子程 序及顯示子程序組成。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計(jì)。 該器件內(nèi)置 USB 功能控制器、 USB 收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的 UART，只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn) USB 信號(hào)與 RS232 信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到手持設(shè)備。 圖 系統(tǒng)供電電路圖 下載電路通過 PL2303 完成。 電腦輸出電壓通過電容濾波穩(wěn)壓后得到更穩(wěn)定的電壓輸出。 三 種方法都可以，但是由于第 三 種方法便于 實(shí)現(xiàn) 、而且成本相對(duì)較低所以我選用第一種方案。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 ； 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) ； 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高 電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10 的點(diǎn)陣字符 ； 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置 ； 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 ； 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙 ； 指令 10：寫數(shù)據(jù) ； 指令 11：讀數(shù)據(jù)。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平） ： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 ； 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H； 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)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。 [11] 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) ： 顯示容量 :162 個(gè)字符 ； 芯片工作電壓 :—； 工作電流 :()； 模塊最佳工作電壓 :； 字符尺寸 :(WH)mm。 這里使用 YB1602 液晶屏，它具有 16 個(gè)引腳，其正面左起為第一腳，如圖 所示： 圖 LCD1602 第 1 腳： VSS 為地電源 ； 第 2 腳： VDD 接 5V正電源 ； 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度 ； 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器 ； 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 體積小、重量輕 ： 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。華氏器件 67℉～ +257℉，以 ℉遞增 ； 溫度以 9 位數(shù)字量讀出 ； 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間 200ms； 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 ； 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度 的器件 ； 應(yīng)用包括溫度控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)品溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。在中斷服務(wù)程序中，讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，結(jié)合溫度補(bǔ)償后的聲速計(jì)算出測(cè)距儀距離障礙物的距離。 當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，回波信號(hào)會(huì)非常微弱，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)電平幅值很小，故要經(jīng)過若干級(jí)放大，使輸出功率達(dá)到一定要求，并且為了防止信號(hào)出現(xiàn)較大的失真，接收電路可以保證有 4MHz 的帶寬。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路 本設(shè)計(jì)中選用的 TL740C 芯片采用了前置放大電路 +帶通濾波電路 +后級(jí)放大電路。 HCSR04 工作原理 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 采用 IO 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào) ， 模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波， 系統(tǒng) 自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回， 有信號(hào)返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間 ： 測(cè)試距離 =(高電平時(shí)間 *聲速(340M/S))/2。當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過 1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于 2 ms。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加 1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1 期間裝入計(jì)數(shù)器。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由 T0 或 T1 引腳輸入到計(jì)數(shù)器。 設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加 1 計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（ 1 個(gè)機(jī)器周期等于12 個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12）。 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容 C C3 一般 取值 15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路介紹： 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 中 的極性電容 C1 的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用 10~30uF 電容 ， 52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電 容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 XTAL2（ 18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。在 Flash 編程期間 A 也接收 12 伏 VPP 電