【正文】 量精度是超聲波測距的關(guān)鍵技術(shù)，其提高測距精度的措施如下：1）合理選擇超波工作頻率、脈寬和脈沖發(fā)射周期。相對而言，單片機的時間分辨率還是不太高，如晶振頻率為12MHz 時，時間分辨率為1μs。C 變化時，將會產(chǎn)生7%的聲速變化，因此，為了提高測量的準確性，計算式必須根據(jù)溫度進行聲速的修正。聲速受溫度的影響為：Cθ=C0[1+（θ/273）] 178。在氣體中，壓強、溫度、濕度等因素會引起密度的變化，氣體中聲速主要受密度影響，液體的深度、溫度等因素會引起密度的變化，固體中彈性模量對聲速影響較密度影響更大，一般超聲波在固體中傳播速度最快，液體次之，在氣體中的傳播速度最慢。聲波的傳播和媒質(zhì)的彈性模量密度、內(nèi)耗以及形狀大小（產(chǎn)生折射、反射、衍射等）有關(guān)。；ρ為媒質(zhì)的密度，單位為kg/mm179。流體中的聲波常稱為壓縮波或壓強波，對一般流體媒質(zhì)而言，聲波是一種縱波，傳播速度為C=(E/ρ)178。 系統(tǒng)的誤差分析 聲速引起的誤差聲波是媒質(zhì)中傳播的質(zhì)點的位置、壓強和密度對相應靜止值的擾動。根據(jù)所設計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為小于6m，測距儀最大誤差不超過1cm。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將單片機試運行[15]。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可產(chǎn)生半周期為12μs或13μs 的方波信號， 。40kHz 的方波驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到40kHz 的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形復制較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負跳變，在單片機的外部中斷源輸入端產(chǎn)生一個中斷請求信號。首先測量發(fā)射電路對信號放大的倍數(shù)，先用信號源給發(fā)射電路輸入端一個40kHz 真的方波信號。開始發(fā)生超聲波停止發(fā)射，啟動計數(shù)器開始計數(shù)外部0是否有中斷計數(shù)器停止計算檢測結(jié)果結(jié)束YN圖44 超聲波測距流程圖溫度補償流程圖如圖45所示。一旦接收到超聲波返回信號后，就立即進入中斷程序。定時中斷服務子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務子程序主要完成時間值的讀取，距離計算，結(jié)果的輸出等工作。進入該中斷后就立即關(guān)閉計時器T0 停止計時，并將測距成功標志字賦值1。主程序框圖如下：開始系統(tǒng)初始化溫度檢測子程序測距子程序結(jié)合溫度計算結(jié)果顯示結(jié)束圖41 主程序框圖主程序流程圖：開始系統(tǒng)初始化位置回波接收標志位發(fā)射超聲波脈沖開定時器開外部中斷計算距離顯示回波標志位是否為1YN 圖42 主程序流程圖 系統(tǒng)中斷程序設計 端口發(fā)送2 個左右的超聲波信號頻率約40KHz 的方波，脈沖寬度為12us 左右，同時把計數(shù)器T0 打開進行計時。由于采用12MHz 的晶振，機器周期為1us，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按下式計算即可得到被測物體與測距儀之間的距離，當然，我們計算的時候還要考慮溫度對聲速的影響。系統(tǒng)軟件編制時應考慮相關(guān)硬件的連線，同時還要進行存儲空間、寄存器以及定時器和外部中斷引腳的分配和使用。~ 四個I/O 口，主要是完成時鐘調(diào)整功能，單片機系統(tǒng)初始化后，I/O 端口輸出高電平，由于按鍵的另一端都接公共地，因此可根據(jù)這幾個I/O 口是否為低電平中可檢測是否有按鍵按下，是哪個鍵被按下，然后轉(zhuǎn)向該按鍵所指向的功能。該方式的優(yōu)點是在軟件上對按鍵輸入的處理比較簡單、方便；在硬件上占用的I/O 口數(shù)比較多。用較少的I/O 口就能夠連接很多按鍵，適宜于硬件資源緊張的情況。發(fā)光二極管電路中采用共陽法，即當單片機I/O 口輸出低電平時，發(fā)光二極管亮；在蜂鳴器電路中，采用了PNP 三極管9012 來驅(qū)動，當單片機該端口輸出低電平時，蜂鳴器發(fā)出響聲，其電路圖如下圖36，圖37： 圖37 P1 口二極管發(fā)光電路 圖38 蜂鳴器電路 鍵盤電路的設計如何以最少的器件、最小的功耗、最省的花費實現(xiàn)鍵盤功能，是人機接口設計的關(guān)鍵。圖36 單片機復位電路圖 聲光報警顯示電路的設計此模塊主要為聲光顯示功能，以提示是否進入或退出調(diào)整電子時鐘界面，更具有人性化。圖36 為按鈕復位電路。單片機系統(tǒng)的總電源電路圖如35：圖35 電源電路圖 單片機復位電路設計復位是單片機初始化操作，其作用是使CPU 和系統(tǒng)中的其他部分都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。通過以上四個環(huán)節(jié)即得到5V 的直流穩(wěn)壓電源。4）濾波：7805 左邊兩個是降壓后的電源濾波電容，大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造,所以等效電感較大,小電容可以提供一個小內(nèi)阻的高頻通道,降低電源全頻帶內(nèi)阻。2）整流：將變壓后的電源通過四個整流二極管4007 組成的整流橋，將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，因此即使粗心電源接反單片機也不會燒掉，而電路也是正常工作的。圖34 TTL轉(zhuǎn)RS232接口電路 電源電路電源電路提供系統(tǒng)運行的能量，所以在進行電源電路設計保證原理正確的前提下，考慮電源容量并保證一定的余量。計算機首先對單片機發(fā)過來的每一幀數(shù)據(jù)進行正確的接收，并對數(shù)據(jù)進行實時顯示，然后再進行必要的處理，以達到實時監(jiān)控的目的。大多數(shù)計算機應用系統(tǒng)與智能單元之間只要使用3到5根信號線即可工作，需使用IXD(發(fā)送數(shù)據(jù))、RXD(接收數(shù)據(jù))、GND(地線)等信號線，但有時還需使用RTS(發(fā)送數(shù)據(jù)請求)、CTS(清除發(fā)送)、DTR(數(shù)據(jù)終端就緒)、DSR(數(shù)據(jù)發(fā)送就緒)等信號線。 PC機與單片機的硬件連接串口是PC機上一種非常通用的設備通信協(xié)議。在最簡單的RS232 直接傳送通信系統(tǒng)中，只要發(fā)送和接收雙方同時準備好，僅用信號發(fā)送端(TXD) ，信號接收端(RXD) 和信號地(GND)3 根線即可進行通信。約有99％的用戶是按碼元畸變1020％的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過15m，一般能滿足個人和近距離設備的需要。 到10uF之間的電容，有極性無極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負方向。典型的RS232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在5～15V 電平。MAX232 作為RS232 的電平轉(zhuǎn)換芯片，完成TTL 電平到RS232 電平的轉(zhuǎn)換。 } Display()。 disbuff[1]=S%1000%100/10。 //顯示“” disbuff[2]=10。 disbuff[0]=10。 delay1(200)。 S=(time*c)/100。 c=+*temp。 temp=readtemptaure()。 TH0=0。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出產(chǎn)生一個負跳變，在INT0 或INT1 端產(chǎn)生一個中斷請示信號，單片機響應外部中斷請示，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離。（7）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。（5）5腳：該引腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。但C5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R14=10Ω，C5=1μf（3）3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作。（2）2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，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CX20106A的引腳注釋。圖33 接收電路圖使用CX20106A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波。本次設計為了降低調(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[10]CX20106，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，否則可能導致接收效果甚至不能接收。) 輸出的40kHz 脈沖信號經(jīng)三極管T 放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭UCM40T，發(fā)出40kHz 的脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射200us。i++) { _nop_()。 40kHz 脈沖信號的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測距系統(tǒng)中的超聲波發(fā)生器采用UCM40 的壓電陶瓷傳感器，它的工作電壓是40kHz 的脈沖信號， 端口來產(chǎn)生，其40kHz 的脈沖信號產(chǎn)生程序如下： for(i=0。本次我們采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用74LS04，具體電路如圖32所示。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動超聲波換能器產(chǎn)生超聲波?？梢圆捎密浖a(chǎn)生40KHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)過動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。八段LED顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號是a、b、c、d、e、f、g和SP，分別與同名管腳相連。圖31示出了八段LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。顯示電路采用簡單實用的4 位共陽LED 數(shù)碼管，段碼用74LS245 驅(qū)動，位碼用PNP 三極管驅(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。圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第3章 硬件電路設計 單片機及顯示電路設計硬件電路的設計主要包括單片機系統(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。超聲波發(fā)射頭發(fā)射