【正文】 時器 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。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(jìn)入中斷程序。 超聲波測距儀的軟件設(shè)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(qiáng)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(jī)紅外遙控接收器。當(dāng)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(dāng)共振板接收到超聲 波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)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(shè)計主要包括單片機(jī)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。以數(shù)字的形式顯示測量距離。但是對設(shè)計有一個很好的理論基礎(chǔ)。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達(dá)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(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)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 12 clr ex1 ；關(guān)外部中斷 1 jnb , right ； 0,轉(zhuǎn)至右測距電路中斷服務(wù)程序 jnb , left ； 引腳為 0,轉(zhuǎn)至左測距電路中斷服務(wù)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(wù)程序入口 ? ajmp? return left： ... ；左測距電路中斷服務(wù)程序入口 ? ajmp? return 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 [11] 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(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。如果當(dāng)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(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，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(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 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(jìn)行計時。 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。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。 11 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時計數(shù)器模式。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部 中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。距離的計算公式為： d=s/2=(ct)/2 （ 1） 其中， d 為被測物與測距儀的距離， s 為聲波的來回的路程， c 為聲速， t 為聲波來回所用的時間。 超聲波測距儀的算法設(shè)計 [10] 超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器 T 在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)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。 812538764*LM3582 7 685431*LM5674 3 2 15 6 7 8*24C02*10K10K 10KXTAL1191011141521VCC402412XTAL218GND2023AT89C511KR?Res2220K22K10K30pF30PF104 1041041521uF1uF3 4 5 610 11 12 131497128*74ls1641K 1001 2 4 5 6 7 9 1038*2 位 LED 七段數(shù)碼管VCCVCCVCC20K*超聲波換能發(fā)射器*超聲波換能接收器 圖 24 超聲波測距電路原理圖 93 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 超聲波測距儀的軟件設(shè)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。電路原理圖如圖 24 所示。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈 敏度和抗干擾能力?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路 (如圖 23)。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，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。上位電阻 R1O、 R11一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。發(fā)射電路主要由反相器 74LS04和超聲波發(fā)射換能器 T構(gòu)成，單片機(jī) 40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速 C與溫度有關(guān)。接收換能器對聲波脈沖 的直接接收能力將決定最小的可測距離。 單片機(jī)實現(xiàn)測距原理 單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差 tr，然后求出距離 S＝ Ct／ 2，式中的 C為超聲波波速。 5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。 空閑方式： CPU停止工作，而讓 RAM、定時／計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖 21所示 。 51 系列單片機(jī)的功能特點及測距原理 [3~6] 51 系列單片機(jī)的功能特點 5l系列單片機(jī)中典型芯片 (AT89C51)采用 40引腳雙列直插封裝 (DIP)形式，內(nèi)部由 CPU， 4kB的 ROM， 256 B的 RAM， 2個 16b 的定時／計數(shù)器 TO和 T1， 4個 8 b的工／ O端 I： IP0， P1， P2， P3，一個全雙功串行通信口等組成。單片機(jī)用 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方波信號，利用外中斷 0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。單片機(jī)采用 AT89C51 或其兼容系列。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。 測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。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。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本文采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時器。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率、和聲波特性各不相同，因而 用途也各不相同。 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 超聲波發(fā)射器 放大電路 超聲波接收器 放大電路 鎖相環(huán) 檢波電路 定時器 單片機(jī) 控制 顯示器 31 課程的方案設(shè)計與論證 系統(tǒng)整體 方案 的 設(shè)計 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。 (3).對設(shè)計的電路進(jìn)行分析。 設(shè)計一超聲波測距儀，要求： (1).設(shè)計出超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。 圖 11 超聲波測距儀原理框圖 Ⅰ .3 課題設(shè)計的任務(wù)和要求 設(shè)計一超聲波測距儀，任務(wù)： (1).了解超聲波測距原理。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。由于超聲波也是一種聲波，其聲速 v 與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不 同溫度下的聲速。這就是我設(shè)計超聲波測距儀 的意義?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。城市污水給人們帶來了困擾，因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非 常重要。但是，由于歷史原因合成時間住的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。在新的世紀(jì)里，面貌一新的 測距儀 將發(fā)揮更大的作用。無庸置疑，未來的超聲波 測距儀 將與自動化智能化接軌，與其他的 測距儀 集成和融合，形成多 測距 儀 。但就目 前技術(shù)水平來說，人們可以具體利用的 測距 技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域 。 11 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 9 主程序流程圖 7 3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 6 超聲波檢測接 收 電路 4 單片機(jī)的功能特點及測距原理 3 系統(tǒng)整體 方案的論證 2 1 課 題 的方案設(shè)計與論證 1 超聲波測距儀 的設(shè)計思路 II 緒論 I Abstracts lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core ponent of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. At the core of the design using AT89C51 lowcost, high accuracy, Micro figures show that the ultrasonic range finder hardware and software design methods.