【正文】 最后我要深深地感謝我的家人，正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣，克服成長路上的種種困難，順 利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短 3個(gè)月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝謝你們。同時(shí)還要感謝院系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供給我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 參 考 文 獻(xiàn) [1]李群芳，張士軍，黃建．單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) (第 3 版 )[M]．電子工業(yè)出版社， 2021． 02． [2]李全利．單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) [M]．北京：高等教育出版社， 2021． [3]沙愛軍．基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [J]．電子科技雜志， 2021． 22． [4]宋立中．基于單片機(jī)的超聲波測距儀 LED 顯示電路的設(shè)計(jì) [J]．儀表技術(shù)雜志，2021． 4． [5]宋文緒，楊帆主編．傳感器與檢測技術(shù) [M]．高等教育出版社， 2021． 1． [6]曹茂永，王霞．超聲測距數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng) [J]．電測與儀表， 2021． 8． [7]傅豐林主編 ． 模擬電子線路基礎(chǔ) [M]．西安電子科技大學(xué)出版社， 2021． 1． [8]丁元杰主編．單片微機(jī)原理與應(yīng)用 [M]．機(jī)械工業(yè)出版社， 2021． 1． [9]張振榮等編． MCS－ 51單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù) [M]．人民郵電出版社， 2021． 8． [10]張和生，宋明耀．提高超聲測距精度得設(shè)計(jì) [J]．電子產(chǎn)品世界， 2021． 7． [11]楊自棟．簡易超聲波測距儀的軟硬件設(shè)計(jì) [J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程， 2021． [12]張毅剛．單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]．高等教育出版社． 2021． [13]高峰．單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) [M]．科學(xué)出版社． 2021． [14]韓贊東．超聲定位技術(shù)在汽車安全預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]．測控技術(shù)， 2021． [15]付家才．單片機(jī)控制工 程實(shí)踐技術(shù) [M]．北京：化學(xué)工工業(yè)出版社， 2021． [16]Peter Hauptmann， Ralf Lucklum， Bernd Henning． Ultrasonic Sensors for Process Control[J]． Sensors Update． 1998， 3． [17]J． Otto． Sensors for Distance Measurement and Their Applications in Automobiles[J]． Sensors Update． 2021， 10． [18]D． Pearl mutter， Eerily， Y． Etzion， I． A． Meir， H． Di． Refine the use of the evaporation in an experimental downdraft cool tower[J]， Energys． 1995． [19]Yusuke Moritake， Hiroomi Hikawa． Category Recognition System Using Two Ultrasonic Sensors and Combinational Logic Circuit[J]． Electronics and Communications in Japan． 2021， 88． [20]Yoshioka． Developing Robots for Fire Fightingthe Japanese Experience[J]． FireInternational． Dec． 1991： 131132． 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 附錄 A 程序清單 /**************************************************************** Title: 超聲波測距系統(tǒng) Mcu: AT89S52 Oscillator: 12M *****************************************************************/ include /*頭文件 */ include define uchar unsigned char /*縮定義 */ define uint unsigned int define nop() _nop_() /*定義空操作指令 */ define sled_dm_port P0 /*定義數(shù)碼管段碼控制端口 */ define sled_wm_port P1 /*定義數(shù)碼管位碼控制端口 */ 附錄 B 硬件原理圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 附錄 C 超聲波測距 PCB 版封裝圖 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師賈雁飛老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。對(duì)一塊電路板的設(shè)計(jì)、調(diào)試、改進(jìn)等整個(gè)過程，有了更深入的理解和掌握。 總體 來說，最重要的是在本課題的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多知識(shí)，從中受益匪淺。測距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場和自動(dòng)控制場合，都有很重要的作用。測距范圍從 20cm 到 200cm，測量精度在 177。單片機(jī)內(nèi)部采用 C 語言編程，方波信號(hào)的產(chǎn)生、時(shí)間差的讀取、距離的計(jì)算以及顯示輸出的譯碼都由單片機(jī)編程完成。接收電路采用的是 LM741，通過接收電路 對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和整形，最終再輸出負(fù)脈沖給單片機(jī)響應(yīng)中斷程序。驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的 40kHz的方波信號(hào)，就是由單片機(jī)編程產(chǎn)生的。只有深入地了解超聲波傳感器的工作原理，才能更好的設(shè)計(jì)測距電路。給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。我們知道 C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用 C語言編程。并在最后部分總結(jié)了可能引起誤差的一些方面，并給予了修正。在一些周期性發(fā)射超聲波設(shè)備中，如果要測試的最大 距離是 10 m， 則兩次脈沖群之間的最小時(shí)間為t=2s/v=210/344≈60ms。一般來說，發(fā)射端脈沖個(gè)數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。本次設(shè)為 1 ms，假定溫度為 20℃ ，則測量盲區(qū)為 s=1103344/2≈ cm。 (3)在 CPU停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)發(fā)送，故這段時(shí)間內(nèi)不可立即開啟 INT0 接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱為 “ 虛假反射波 ” 。在使用 12 MHz的晶振時(shí)，由于周期 T=1/f=1/[(12106) /12] =1μs，則一個(gè)機(jī)器周期是 1μs，計(jì)數(shù)器每 65 ms 計(jì)數(shù)器溢出。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)外部中斷入口 關(guān)外部中斷 讀取時(shí)間值 計(jì)算距離 結(jié)果輸出 開外部中斷 返回 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 整與接收換能器并接的 CX20216A 芯片的參數(shù)，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。 } 圖 外部中斷服務(wù)子程序流程圖 系統(tǒng)軟硬件調(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(shí)應(yīng)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。 time=time120。 /*接收成功標(biāo)志位置 1*/ time=TH0。 EX0=0。 ET1=0。 /*開啟外部中斷 0*/ } 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 } 圖 定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖 外部中斷的流程圖如 所示，部分源程序如下： /*外部中斷 0 程序 */ void PINT0() interrupt 0 { TR0=0。j)。 for(j=200。j0。j)。 for(j=200。 TR1=0。 k++。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器 溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)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(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)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 10 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖 重復(fù)測量過程。置位總中斷允許位 EA，然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)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(shí)約 1 ms（這也就是超聲波測距儀會(huì)有一個(gè)最小可測距外部中斷子程序 定時(shí)中斷子程序 單片機(jī)初始化 開始 有回波嗎？ N Y 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 離的原因）后，才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)。 定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成超聲波的發(fā)射，外部中斷服 務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。 } 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 主程序流程圖 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖 所示。 time=time120。 /*接收成功標(biāo)志位置 1*/ time=TH0。 EX0=0。 ET1=0。其部分源程序如下： /*外部中斷 0 程序 */ void PINT0() interrupt 0 { TR0=0。 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)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(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程 序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用 C 語言編程。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。本章分析了各種產(chǎn)生測量誤差的原因以及解決辦法，以更進(jìn)一步提高超聲波測距系統(tǒng)的測量精度。對(duì)于測距系統(tǒng)來說，誤差是不可避免的。在硬件電路的設(shè)計(jì)中，分別詳細(xì)介紹了發(fā)射電路，接收電路及顯示模塊的設(shè)計(jì)方法。兩個(gè)電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求負(fù)載電容選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測得的，能最大限度的保證頻率值的誤差。晶振旁的兩個(gè)電容叫做負(fù)載電容。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。 每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)