【正文】 9C52 程序流程圖 如圖 14 所示為超聲波測距單片機 AT89C52 程序 流程圖 。因此 轉(zhuǎn)換 在 可以允許 的 范圍內(nèi)， 單線總線上附加數(shù)據(jù)的傳輸，如圖 15 所示的硬件結(jié)構(gòu) 。 溫度補償電路 溫度 補償電路 采用 DS18B20傳感 器 ， DS18B20數(shù)據(jù)總線， 由 單片機 控制 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的傳輸，并且將 10k 的上拉電阻連接到數(shù)據(jù)總線。利用時間差計算法算出距離。因此，從理論上分析，本設(shè)計超聲波測距部分的實際范圍是 10cm— 400cm，理想的避障范圍 是 10cm— 100cm,所以實際壁障安全距離應(yīng)設(shè)在 50cm— 80cm之間。其中 VCC 能夠 提 供 ， GND 為 接地 ， TRIG 可以觸發(fā)輸入信號， ECHO 14 則為含有回波信號的四條線。 l（測試距離） =v（聲速） t（高電平時間） /2。該模塊 能夠自動 發(fā)送 8 個 頻率 40KHz 的 方波 ， 且處于 工作狀態(tài)是 檢測 是否 有 回波 信號 。 超聲波測距儀中各模塊主要由單片機主控電路進行控制和協(xié)調(diào)，從而有條不紊的進行工作。 主 控制系統(tǒng)電路如圖 6 所示。他當(dāng)時用的也是 51單片機，因為感覺性能比較穩(wěn)定，運算速度快，而且物美價廉。當(dāng)時大三的學(xué)長們在做智能車，精彩的演講和 有趣的知識吸引了我，也讓我對單片機產(chǎn)生了興趣。 采用 DS18B20 做溫度補償。 使用 HC— SR04 超聲波模塊 12 用 3 節(jié)干電池供電。 綜上所述我們選擇方案 2。缺點使用復(fù)雜，需要專門的編程軟件，成本高控制復(fù)雜，不便于普及。 相比之下， DS18B20 數(shù)字溫度直接輸出，無需采取糾正措施， 故選擇方案 2。 DS18B20數(shù)字溫度輸出這種獨特的方法允許多個 DS18B20 容易 建立傳 感器網(wǎng)絡(luò)，從而 提供更多地可能 性給 整個測量系統(tǒng) 的建 立和組合 。 通過“ 一 線”總線（ 1Wire 是一種獨特的數(shù)字信號 的總 線協(xié)議，獨特的電源線和信號線的復(fù)合一起只使用一個口線 。但 其操作較為復(fù)雜。 11 5. 溫度補償模塊 方案 1： 使用 PT100 溫度傳感器 用于 溫度補償電路。 對于此系統(tǒng)我們要求 不僅能顯示測 量距離、溫度，還要顯示報警距離的設(shè)定 ， 故 用 物美價廉 的 LCD1602 顯示， 充分發(fā)揮出 LCD的顯示優(yōu)勢 。 方案 2： 使用 LCD1602 液晶顯示屏。由于數(shù)字顯示速度快 、 簡單易用 、 簡潔的顯示 等特點使它得到廣泛應(yīng)用。 綜上所述采用 第 2套方案。所以我們放棄了這個 方案 。 蓄 電池 擁 有很強的電流驅(qū)動能力，和穩(wěn)定的電壓輸出性能。 3. 電源模塊 出 于 本設(shè)計使用便捷性的考慮，選擇便攜電源供電，故提出以下兩種供電方案 。 該 模塊 包含 反射超聲波的 超聲波發(fā)射器 、 接收 回波的 接收器和控制電路 。故 放棄 此方案。 2. 超聲波 模塊 10 方案 1： 由一塊 T4016作為 超聲波模塊 。 所以 ， 較為理想的是第 二個方案。 進行 系統(tǒng)的全面分析，關(guān)鍵在于實現(xiàn)超聲波測距，但在這一點上， 單片機展示 了其優(yōu)勢 —— 控制簡單 、方便 、 快捷。出于這個原因，我們不使用這種方案的， 所以產(chǎn)生 第二 個方案 。 還有 ，CPLD 的處 理速度是異常迅速的，但是超聲波測距處理速度的要求不會 太高，則 對系統(tǒng)處理信息的 要 求 也不會 過高，在這一點上， MCU足以勝任 了 。 CPLD 具有速度快、易于編程、資源豐富、 開發(fā)周期短等優(yōu)點，可以用 VHDL 語言開發(fā)編寫。 當(dāng)被測距離小于預(yù)定的距離時， 向 蜂鳴器 發(fā)送信號 報警 。 ： 3mm 超聲波 測距 可能 因為障礙物不規(guī)則 、 溫度影響 等原因 影響測量精度，本設(shè)計添加了 9 溫度補償模塊 ，大大提高了測量精度 ， 知道 老師 要求 精度 優(yōu)于 1％ ，考慮 到在實際中的應(yīng)用，我查取了相關(guān)資料，覺得控制在 3mm 誤差范圍內(nèi) 是比較合適且 可實現(xiàn)的。 視力 矯 正主要 適用于坐姿 不正確 ， 讀書、看電視 、 玩電腦離書本 和 屏幕太近的人群，首先 根據(jù)實際需要設(shè)定 報警距離 ，當(dāng)使用者 超過 報警距離后自動報警。目前主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)，導(dǎo)航失明，視力矯正等。 考慮 到設(shè)計的 應(yīng)用 ，本設(shè)計主要 有 以下設(shè)計要求： 模塊 本設(shè)計旨在設(shè)計 實現(xiàn)微型超聲波 測距儀，語言要求： C 語 言 低成本的 51 單片機 是很好 的選擇， 要 求 使用者 要熟悉 51 單片機集成開發(fā)環(huán)境，單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源以及硬件和軟件調(diào)試設(shè)備 的基本方法和技能 ，而且 可以 使用 C 語言 編寫 項目文件。該系統(tǒng)的控制是很容易的、可靠的、 測距精度 高、可讀性和流程明了 等 優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，完成系統(tǒng)方案的 總體設(shè)計 ，并最后通過硬件和軟件實現(xiàn)各功能。 應(yīng)用 如倒車?yán)走_(dá)，當(dāng)車尾離 障礙物的 實際 距離小于一定值后，倒車?yán)走_(dá)會報警提示。 測溫 模塊 由主要作用 是測量實際溫度， 把數(shù)據(jù) 傳輸 到 主控模塊 ， 從而提取出相應(yīng)溫度下 超聲波 在 空氣中 傳播的速度 顯示 模塊由 LCD1602 構(gòu)成 ，主要作用是顯示測距結(jié)果、溫度、以及最小報警距離。 超聲波接收 模塊以及超聲波發(fā)射模塊就相當(dāng)于人的眼睛 ， 是獲取外部信息最主要的通道 。 由 AT89C52 控制的定時器負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲波脈沖并計時 ，遇到障礙 物 后反射， 超聲波接收模塊 對聲波 進行捕捉 ， 再次 計時。 圖 5 系統(tǒng)功能方框圖 主控制 模塊由 AT89C52 構(gòu)成 ， 就 相當(dāng)于人的大腦 ， 主要起到控 制 協(xié)調(diào)各模塊作業(yè)的作用 。 單片機 通過 系統(tǒng)急性比較處理 ，從而 控制蜂鳴器報警。在這個設(shè)計中的核心 模塊是 單片機 。 7 第二章 方案總體設(shè)計 超聲波 測距儀 功能 為了 實現(xiàn)測距， 本 設(shè)計由 硬件和軟件兩部分組成 。報警通過 什么實現(xiàn)，用什么方式 ， 如何判定 ，這便成為我研究的另一個問題。所以 使用 一種方法將外部溫度對超聲波測距精度的影響 降到 最低顯得十分迫切。 因為 本設(shè)計研究的是短距離測距，那么如果在發(fā)射波后，一段時間內(nèi)沒有接收到回射波，我們就判定為超距， 結(jié)束 本次 作業(yè) ，返回清零，重新開始測距。 生活中 運用本設(shè)計時， 測量距離可能 會隨時改變，為了及時捕捉改變的距離值，即提高超聲波測距儀的靈敏度 ，通過 設(shè)定采樣周期 來 實現(xiàn)實時測距。因為超聲波測距 系統(tǒng)的這些特點，其在車輛倒車?yán)走_(dá)的制造 上 也已被廣泛使用。 在實際工業(yè)運用中，用超聲波 測距 可以使機器人在 移動 中自動避開障礙物。 圖 4 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 5 聲壓在不同距離下的衰減特性 6 1． 3 主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵問題 因為超聲波檢測更加快捷、 便 利， 并且 運算 簡便 ，更易完成實際控制。 運用 這個原理， 由兩片 壓電陶片 或 者一片壓電陶片 和 一片 金屬片組成的 振子 稱作雙壓電晶片元件，當(dāng)向其 時間 電 信號時， 它將彎曲 振動產(chǎn)生超聲波。 當(dāng)電壓被施加到壓電陶瓷，用 于 機械 形變 的電壓 與 頻率 將會 改變 。這種 復(fù)合振動器 是 由 諧振器、金屬片 和 電陶片構(gòu)成的雙 壓電 晶片 的 元件振動器。 圖 3 超聲波傳感器的輻射特性 分析以上研究結(jié)果不難看出超聲波傳感器工作在 40KHz 范 圍內(nèi)具有最大的聲壓級和最高的靈敏度，這為設(shè)計中選擇合適的超聲波傳感器指明了方向。超聲波設(shè)備的外表面尺寸較小易于獲得精確的輻射角度。然后，測量角度與聲壓 (靈敏度 ) 之間的關(guān)系。超聲波收發(fā)器 的 靈敏度直接決定系統(tǒng)的測距范圍，如圖 8所示為幾種中常見超聲波傳感器的靈敏 度圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn) 40KHz時傳感器的聲壓級最高，也就是說 40KHz時所對應(yīng)的靈敏度最高。 圖 1 超聲波傳感器的聲壓圖 2．靈敏度特性 靈敏度是一個 用來 表示聲音接收級的單位，如 下式所列 。 3 超聲波模塊基本介紹 超聲波的電器特性 1．聲壓特性 聲壓級 (.) 是表示音量的單位，利用下列公式予以表示。無需多言 ， 未來的超聲波傳感器、 自動化智能集成 聯(lián)合 其他的傳感器 ，可以實現(xiàn) 多傳感器的 一體化協(xié)同作業(yè) 。 在 運 動 測距 中 將有 更高精度的 方向定位 ，以滿足社會日益增長的需求 。這是一個蓬勃發(fā)展的技術(shù)和工 業(yè)領(lǐng)域 ，有著無限 的發(fā)展前景。 并且 能夠 實現(xiàn)洗滌、焊接、粉碎、測速測距等功能。 超聲波較之于 其他機械波 ， 具有以下特有性質(zhì) ：超聲波 為定向傳播， 繞射 少，反射能力強；超聲波衰減很小，穿透能力強 ， 在空氣中傳播速度 較慢 ，也可 在 液體固體 中傳播 ；當(dāng)超聲波 從 一種介質(zhì) 入 射到另一種 介質(zhì) 時，由于在兩種 介質(zhì) 中的傳播速度不同， 在介質(zhì)面上 會 產(chǎn)生反射 、 衍 射 等現(xiàn)象 。當(dāng)下市面上超聲波測距系統(tǒng)存在體積龐大 、 價格昂貴、精度偏低等種種問題，使其在一些中小規(guī)模的測距 中難以得到 普遍的使 用。 超聲波 測距 在現(xiàn)實生活中某些特殊場 合 ， 有 些傳統(tǒng)的 測距 方式存在 著難以 克服的 缺陷，例如電極法測量液位，運用 差位分布電極， 通過 給電或 發(fā)射 脈沖 來 進行 液面 檢測 ， 由于 電極 長時間浸泡在液體中，非常容易被腐蝕和電解， 進 而失去靈敏性。如圖 6所示 ， 超聲波 的 頻率 增高 ， 衰減率就 越 高， 傳播的距離也就 越 短 。 4． 衰減 在 空氣中 傳播 的超聲波 ，會因為在 球形表面上 發(fā)生 衍射現(xiàn)象導(dǎo)致 能量擴散損失 ， 也會因介質(zhì) 吸收 能量造成吸收損失， 并且 波強衰減量 與距離 是 成正比 的。 考慮到本設(shè)計的測試環(huán)境是在室內(nèi)，而且超聲波主要是用于實現(xiàn)避障功能，對測量精度要求不高，所以關(guān)于溫度效應(yīng)對系統(tǒng)的影響問題在這里不做深入的探討。 其中 “ c”為 聲波傳播速度 （ m/s） ， “t” 表示 溫度（℃） 。超聲波 本身的特性 決定了 空曠的場所 是 超聲波的理想測試環(huán)境 ， 并且被 測物體 一定要 能夠反射超聲波。但是像 布匹 、 棉毛 等 材料 ，它本身 吸收超聲波，用超聲波來檢測它們 很困難 。 2． 反射 特性 通過捕獲在目標(biāo)上 反射 的超聲波 ， 從而檢測到物體的存在。在 波 傳播 的 速度 比較低 的 情況下，波長非常短， 更容易辨識 ， 如果 用超聲波來測距， 也就 代表 著我們能夠在 距離和方向 上 獲得 更高的分辨率。 超聲波 有以下特 性： 1． 波長 通常我們 把 波的 傳播速度 用 波長乘以頻率來表示。 超聲波 能夠 在固體、液體和氣體中 傳播 ， 不同 的傳播 介質(zhì) 傳播 的 速度 不相同 。所以科學(xué)家把聲波按照人類的聽覺范圍進行了分類 ： 振動頻率 大于 20,000Hz 的 成為超聲波 ， 小于 20Hz 的 稱為次聲波 。通常每秒聲波振動的 次數(shù) 被稱為頻率，單位是 Hz。Alarm 目錄 第一章 前言 ................................................................................................................................... 1 課題背景及意義 ............................................................................................................... 1 超聲波特性 ............................................................................................................... 1 超聲波測距 ............................................................................................................... 2 超聲波模塊基本介紹 .......................................................................................................... 3 超聲波的電器特性 .................................................................................................. 3 超聲波的工作原理 .................................................................................................. 5 1． 3 主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵問題 ................................................................................................. 6 第二章 方案總體設(shè)計 .......