【正文】 量精度是超聲波測(cè)距的關(guān)鍵技術(shù)，其提高測(cè)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(duì)而言，單片機(jī)的時(shí)間分辨率還是不太高，如晶振頻率為12MHz 時(shí)，時(shí)間分辨率為1μs。C 變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生7%的聲速變化，因此，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，計(jì)算式必須根據(jù)溫度進(jìn)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(qiáng)、溫度、濕度等因素會(huì)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(huì)引起密度的變化，固體中彈性模量對(duì)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?。óa(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(chēng)為壓縮波或壓強(qiáng)波，對(duì)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(diǎn)的位置、壓強(qiáng)和密度對(duì)相應(yīng)靜止值的擾動(dòng)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為小于6m，測(cè)距儀最大誤差不超過(guò)1cm。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將單片機(jī)試運(yùn)行[15]。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來(lái)，則可提高抗干擾能力。每隔半周期時(shí)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(hào)， 。40kHz 的方波驅(qū)動(dòng)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(shí)衰減，所以接收到的波形復(fù)制較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后輸出一負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。首先測(cè)量發(fā)射電路對(duì)信號(hào)放大的倍數(shù)，先用信號(hào)源給發(fā)射電路輸入端一個(gè)40kHz 真的方波信號(hào)。開(kāi)始發(fā)生超聲波停止發(fā)射，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)外部0是否有中斷計(jì)數(shù)器停止計(jì)算檢測(cè)結(jié)果結(jié)束YN圖44 超聲波測(cè)距流程圖溫度補(bǔ)償流程圖如圖45所示。一旦接收到超聲波返回信號(hào)后，就立即進(jìn)入中斷程序。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(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。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。主程序框圖如下：開(kāi)始系統(tǒng)初始化溫度檢測(cè)子程序測(cè)距子程序結(jié)合溫度計(jì)算結(jié)果顯示結(jié)束圖41 主程序框圖主程序流程圖：開(kāi)始系統(tǒng)初始化位置回波接收標(biāo)志位發(fā)射超聲波脈沖開(kāi)定時(shí)器開(kāi)外部中斷計(jì)算距離顯示回波標(biāo)志位是否為1YN 圖42 主程序流程圖 系統(tǒng)中斷程序設(shè)計(jì) 端口發(fā)送2 個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHz 的方波，脈沖寬度為12us 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0 打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。由于采用12MHz 的晶振，機(jī)器周期為1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0 中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按下式計(jì)算即可得到被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，當(dāng)然，我們計(jì)算的時(shí)候還要考慮溫度對(duì)聲速的影響。系統(tǒng)軟件編制時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線(xiàn)，同時(shí)還要進(jìn)行存儲(chǔ)空間、寄存器以及定時(shí)器和外部中斷引腳的分配和使用。~ 四個(gè)I/O 口，主要是完成時(shí)鐘調(diào)整功能，單片機(jī)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(gè)I/O 口是否為低電平中可檢測(cè)是否有按鍵按下，是哪個(gè)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(diǎn)是在軟件上對(duì)按鍵輸入的處理比較簡(jiǎn)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(yáng)法，即當(dāng)單片機(jī)I/O 口輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管亮；在蜂鳴器電路中，采用了PNP 三極管9012 來(lái)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)該端口輸出低電平時(shí)，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(pán)電路的設(shè)計(jì)如何以最少的器件、最小的功耗、最省的花費(fèi)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)功能，是人機(jī)接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。圖36 單片機(jī)復(fù)位電路圖 聲光報(bào)警顯示電路的設(shè)計(jì)此模塊主要為聲光顯示功能，以提示是否進(jìn)入或退出調(diào)整電子時(shí)鐘界面，更具有人性化。圖36 為按鈕復(fù)位電路。單片機(jī)系統(tǒng)的總電源電路圖如35：圖35 電源電路圖 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。通過(guò)以上四個(gè)環(huán)節(jié)即得到5V 的直流穩(wěn)壓電源。4）濾波：7805 左邊兩個(gè)是降壓后的電源濾波電容，大電容旁邊并聯(lián)一個(gè)小電容的目的是降低高頻內(nèi)阻，因?yàn)榇蟮碾娊怆娙菀话悴捎镁砝@工藝制造,所以等效電感較大,小電容可以提供一個(gè)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(guò)四個(gè)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(jī)也不會(huì)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(yùn)行的能量，所以在進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)首先對(duì)單片機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的接收，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，然后再進(jìn)行必要的處理，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。大多數(shù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與智能單元之間只要使用3到5根信號(hào)線(xiàn)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(xiàn))等信號(hào)線(xiàn)，但有時(shí)還需使用RTS(發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)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(hào)線(xiàn)。 PC機(jī)與單片機(jī)的硬件連接串口是PC機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。在最簡(jiǎn)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(shí)準(zhǔn)備好，僅用信號(hào)發(fā)送端(TXD) ，信號(hào)接收端(RXD) 和信號(hào)地(GND)3 根線(xiàn)即可進(jìn)行通信。約有99％的用戶(hù)是按碼元畸變1020％的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)15m，一般能滿(mǎn)足個(gè)人和近距離設(shè)備的需要。 到10uF之間的電容，有極性無(wú)極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負(fù)方向。典型的RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V，負(fù)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(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0 或INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)示信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)示，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。（7）7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。（5）5腳：該引腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)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(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，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(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作。（2）2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)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(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。本次設(shè)計(jì)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(jī)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(lái)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(hào)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(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。) 輸出的40kHz 脈沖信號(hào)經(jīng)三極管T 放大，驅(qū)動(dòng)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(hào)的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射測(cè)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(hào)， 端口來(lái)產(chǎn)生，其40kHz 的脈沖信號(hào)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(mén)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(zhuān)用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)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(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)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(hào)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(jiǎn)單實(shí)用的4 位共陽(yáng)LED 數(shù)碼管，段碼用74LS245 驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP 三極管驅(qū)動(dòng)。采用12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)及顯示電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)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(cè)接收電路三部分。超聲波發(fā)射頭發(fā)射