【正文】 。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0 進行計時，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機需要延時約 2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機 腳的電平判斷程序。測距間隔中，整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結(jié)果。置位總中斷允許位 EA。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用 C 語言編程。圖 312 LCD 顯示電路淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文18 電源電路 電源電路采用普通可調(diào)電源供電，該電源不含穩(wěn)壓器，所以在設(shè)計中需要用穩(wěn)壓器進行穩(wěn)壓，我們選用 LM7805 來獲得穩(wěn)定的+5V 直流電壓，LM7805 引腳排列和典型應(yīng)用如下圖：圖 313 LM7805 引腳和典型應(yīng)用表 LM7085 電氣參數(shù)： 第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計19本設(shè)計電源電路如下： 圖 314 電源電路輸入電壓（21V）經(jīng)過 7805 的穩(wěn)壓輸出+5V 的電壓，圖中的 IN4007 為保護 7805，防止電源極性接反損壞 7805，濾波電容采用 100uF 電解和 104 瓷片電容并聯(lián)使用，電磁兼容的實踐證明，兩個差 100 倍的電容并聯(lián)使用效果很好。第十五腳 BLA:背光電源正極輸入端。第六腳 E：使能端，當 E 由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r執(zhí)行命令。第四腳 RS:寄存器選擇信號線。第三腳 VO：對比度調(diào)整端。它具有 16 個引腳，其正面左起為第一腳:第一腳 GND：接地。 LCD 顯示電路本設(shè)計采用 LCD 液晶顯示屏顯示。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，9 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 ms，12 位轉(zhuǎn)換精度時，最大轉(zhuǎn)換時間為 750ms。C/LSB 形式表達。C，軟件處理后可以達到 176。C，超聲波速度約第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計17增加 ，本次我們考慮溫度補償，以使我們的設(shè)計更加精確，溫度的采集通常使用 DS18B20 一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡潔，具體電路圖如下圖所示。 溫度采集 DS18B20 電路物理學(xué)告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為： 。7 腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為 22kΩ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。例如，取 R=200kΩ 時，f0≈42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈38kHz 。4 腳：接地端。但 C4 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R4=，C4=1μF。2 腳：該腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。以下是 CX20226A 的引腳注釋?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文16圖 311 CX20226 內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用 CX20226A 集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。本次設(shè)計為了降低調(diào)試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機上面的一種紅外接收檢波芯片 CX20226，由于紅外遙控的中心頻率在 38KHz，和超聲波的40KHz 很接近，所以可以用來做接收電路。 超聲波接收電路超聲波接收包括接收探頭，信號放大以及波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭相同的型號，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。這種方法的特點是無需驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計一個驅(qū)動電流為 100mA 以上的驅(qū)動電路。電路如圖 39 所示： 39 蜂鳴器電路第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計15 超聲波發(fā)送電路超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號選用 CSB40T（其中心頻率為40KHz）。 蜂鳴器電路本次設(shè)計通過一只蜂鳴器來提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機開始了測距。圖 38 時鐘電路 按鍵電路我們通過 來啟動測量，程序中通過查詢 的電平來檢測是否按鍵被按下，電路原理如下：當按下按鍵時 為低電平，單片機通過查詢到低電平開始測量距離，當松開按鍵， 即為高電平?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文14 時鐘電路當使用單片機的內(nèi)部時鐘電路時，單片機的 XATL1 和 XATL2 用來接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇 3M~24M，電容選擇 30pF 左右。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫崿F(xiàn)復(fù)位。 接測量按鍵。第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計13 單片機電路 圖 37 單片機主電路引腳功能：P0 口用來送顯示信號給 LCD 的數(shù)據(jù)為，P20~P22 送命令到LCD 控制 LCD 的顯示方式。(5) AT89S52 晶振頻率高達 24M，運行速度更快。(3) AT89S52 采用靜態(tài)時鐘方式，可以節(jié)省電能。 單片機主機系統(tǒng)電路本次我們采用了 Atmel 公司的 AT89S52,該單片機主要特點如下：(1) AT89S52 系列單片機以 8051 為內(nèi)核，兼容 MCS51 系列單片機。而集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡單，可靠性好，抗干擾能力強，體積小，功耗低的優(yōu)點，所以首先考慮采用集成電路來組成收發(fā)電路。3）反相端對地不提供直流通路，因此通過隔直電容提供直流通路。第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計11圖 34 分立元件構(gòu)成的超聲波接收電路(2)由運算放大器構(gòu)成的接收電路1）一般式用運放組成的放大電路都要求對稱的正負電源供電，這里以單電源供電，輸出端的靜態(tài)電位必須設(shè)置在 1/2 的電源電壓，這由同相輸入端的點位來確定， 和 分壓取得 1/2 的電源電壓加到運放的同相輸入端，使其電位 1/2 電源電壓。 圖 33 由非門構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路(1)由分立元件構(gòu)成的接收電路圖 34 為由三極管 T1,T2 和若干電阻電容組成的兩級阻容耦合交流放大電路。很容易通過軟件控制。該電路應(yīng)使用雙極型 555（內(nèi)部電路由普通三極管構(gòu)成），不宜使用單極型 7555（內(nèi)部電路由CMOS 電路構(gòu)成，外部引腳與 555 相同），其原因是 7555 帶負載能力小。第二個圖中用電感 L 替代 這樣可以增大激勵電壓，使其具有較大的功率輸出?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文8第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計9第三章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計 方案論證與比較單片機采用 Atmel 公司的 AT89S52，而超聲波發(fā)射和接收電路有多種，常用的電路如下： 超聲波發(fā)射電路(1) 分立元件構(gòu)成的發(fā)射電路圖 31 分立元件構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路圖 31 是由兩只普通低頻小功率三極管 C9013 構(gòu)成的振蕩、驅(qū)動電路，三極管 TT2 構(gòu)成兩級放大器，但是由于超聲波發(fā)射頭的正反饋作用，這個原本是放大器的電路變成了振蕩器。超聲波測距的算法設(shè)計: 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340 米（15℃時）。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認為聲速基本不變 。超聲測距大致有以下方法：① 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離；② 測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，故被測距離為 S=1／2vt。反之，如果由超聲波機械振動作第二章 超聲波測距的原理7用于陶瓷片使其發(fā)生微小的形變時，那么壓電晶片也會產(chǎn)生與振動頻率相同的微弱的交流信號。 超聲波傳感器超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電陶瓷晶片制成，具有可逆特性。(2) 空化作用在流體動力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定的值時，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動等一系列動力學(xué)過程稱為空化。超聲波引起質(zhì)點的運動，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動的頻率的平方成正比的質(zhì)點的加速度卻很大。r?由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個包括最大最小的揚聲場。若以兩個頻率相同，振幅和波程不等，波程差為 d 的兩個波干涉為例。圖 21 聲波反射淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文6 (2)超聲波的衰減當超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。 超聲波的物理性質(zhì)當超聲波傳播到兩種特性不同的介質(zhì)的平面上時，一部分被反射；另一部分透射過界面，在相鄰的介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播；這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。 超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三種形式的振蕩波：橫波 ——質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波；縱波 ——質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波；表面波 ——質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間。超聲波具有聚束、定向及反射、投射等特性。因此，我國對超聲波的研究特別活躍?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文4第二章 超聲波測距的原理5第二章 超聲波測距的原理 超聲波的基本理論 超聲波是一門以物理、電子、機械、以及材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。 樣機實驗測試 1) 實驗檢查； 2) 測試數(shù)據(jù)。 本設(shè)計任務(wù)的主要內(nèi)容 超聲波測距儀設(shè)計 1） 測量距離6m； 2） 精度優(yōu)于 1%； 3） 進行溫度補償； 4） 顯示方式采樣 LCD； 5） 具有抗干擾能量； 6） 體積小、功耗低、便于嵌入到其他系統(tǒng)。超聲波測距電路可以由傳統(tǒng)