【正文】 B20初始化程序DS18B20_Init()，DS18B20讀命令程序read_bey()，DS18B20寫命令程序write_bey(uchar det)，讀出溫度程序temperature()，溫度處理程序get_temp()和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序TempConvert(long int tep)。經(jīng)過單線訪問DS18B20的ROM操作命令包括讀ROM命令33h，符合ROM命令55h，跳過ROM命令CCh，搜索ROM命令F0h和告警搜索ECh。 delay(1)。numlow。 WriteAddress(p)。開始定時器、液晶初始化啟動T0開中斷啟動T0發(fā)40kHz方波延時避開盲區(qū)開外部中斷0有回波停止T0，T1關(guān)中斷數(shù)據(jù)處理顯示輸出YN圖31 系統(tǒng)工作流程本部分包括延時若干毫秒程序delay(uchar c)，寫入指令程序WriteInstruction(unsigned char dictate)，寫入數(shù)據(jù)程序WriteData(unsigned char y)，LCD1602初始化程序lcd_init()和顯示程序void show(uchar p,uchar *s,uint low)。整個系統(tǒng)的流程如圖31所示。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)， 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，才打開外部中斷0接收返回的超聲波信號。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。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 軟件系統(tǒng)流程介紹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。因此利用C語言編寫程序可以大大縮短目標(biāo)系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，程序的可讀性明顯增加，便于改進(jìn)、擴(kuò)充、研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。在C語言的可讀性方面更容易借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗，提高程序的開發(fā)水平。C語言是一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計語言，支持支持由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。而C語言是一種編譯型的程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。因此，匯編語言可直接利用機(jī)器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器、標(biāo)志位以及一些特殊指令等，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等優(yōu)點。匯編語言由于是面向機(jī)器的程序設(shè)計語言，與具體的計算機(jī)硬件有著密切的關(guān)系，因此，可移植性差。其次，匯編語言是一種面向機(jī)器的低級的程序設(shè)計語言。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil軟件的優(yōu)點主要有以下幾點：首先，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。圖210 系統(tǒng)總電路圖第3章 超聲波測距軟件設(shè)計 軟件設(shè)計方法本次單片機(jī)的軟件采用Keil uVision2軟件進(jìn)行C語言編程。首先是系統(tǒng)的原理，然后是系統(tǒng)各個模塊的內(nèi)部構(gòu)造、工作特性和使用方法，最后是各個模塊之間的連接方式。系統(tǒng)的總電路圖如圖210所示。超聲波發(fā)射和接收模塊采用HCSR04超聲波測距模塊，該模塊性能穩(wěn)定，測度距離精確。該傳感器提供9位溫度讀數(shù)指示器件溫度，信息經(jīng)過單線接口送入或送出傳感器。LCD1602液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其連接方式如下：第1腳VSS為電源地；第2腳VDD接5V電源；第3腳V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接地；第4腳RS為寄存器選擇引腳，高電平時選擇數(shù)據(jù)存儲器，低電平時選擇指令存儲器；第5腳RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作；第6腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成為低電平時液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15～16腳為背光。超聲波接收部分如圖210所示。使用CX20106A 集成電路對接收探頭受到的信號進(jìn)行放大、濾波，其總放大增益80db。適當(dāng)更改電容C4的大小，就可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。 超聲波接收部分超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，這是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強(qiáng)、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。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。單片機(jī)端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽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。 壓電晶片圖28 壓電式超聲波發(fā)生器示意圖 超聲波發(fā)射部分發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射傳感器T構(gòu)成。反之，如果兩電極間未外加電壓，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器了。它有兩個壓電晶片和一個共振板。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多種超聲波發(fā)生器。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高?！　〉谌?，靈敏度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括以下幾點：第一，工作頻率。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭等。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。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?？傮w上講，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。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。 最后是聲壓特性。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質(zhì)量有關(guān)外，主要是由分子的振動速度的平方?jīng)Q定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質(zhì)分子愈能得到更高的能量。為什么有這么強(qiáng)大的功率呢?因為當(dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)中時，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也隨之振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。再次是能量傳遞特性。對于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收就越強(qiáng)。其次是吸收特性。由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的所有定律。當(dāng)聲的頻率高到超過約20kHz時，人耳聽覺的頻率達(dá)到極限，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。圖27 溫度測量部分溫度測量部分電路原理圖如圖27所示。圖26 液晶驅(qū)動電路原理圖DS18B20溫度測量模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器四部分組成。 溫度測量模塊溫度測量采用DS1820溫度傳感器，該傳感器提供9位溫度讀數(shù)，指示器件溫度。可在本系統(tǒng)中作為顯示設(shè)備顯示出準(zhǔn)確、有序而美觀的測量結(jié)果。本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容主要是顯示超聲波測量的距離，使用LCD1602不但可以成功用數(shù)字表示距離顯示，還可以顯示溫度以確認(rèn)測距精準(zhǔn)度。該模塊具有如下特點：可分為2行共顯示32個字符，每行16個字符；其可與8位或4位微處理器圖25 單片機(jī)復(fù)位電路可分為2行共顯示32個字符，每行16個字符；其可與8位或4位微處理器連接；內(nèi)藏式字符發(fā)生器ROM，可提供160種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)字符，包括全部大小寫字母、阿拉伯?dāng)?shù)字及片假名，以及32個特殊字符與符號的顯示；內(nèi)藏式ROM可根據(jù)用戶的需要由用戶自定義字符或符號；需+5V單電源供電；低功耗。單片機(jī)復(fù)位電路的原理圖如圖25所示。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實現(xiàn)復(fù)位操作。按鍵復(fù)位電路即要實現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下RESET鍵即可。本單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種，即上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路。單片機(jī)時鐘電路原理圖如圖24所示。電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在5pF到30pF,典型值為30pF。單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。 單片機(jī)時鐘電路對于單片機(jī)時鐘電路，用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。 電源供電電路本單片機(jī)系統(tǒng)采用電源供電電路，即通過變壓器將單片機(jī)與220V電壓直接相連，則單片機(jī)核心板的VCC端能夠接收到約5V的直流穩(wěn)壓電源，對于本系統(tǒng)來說簡單方便。本次畢業(yè)設(shè)計中單片機(jī)核心板的主要實現(xiàn)芯片為STC12C5A60S2，該系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期的高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)。在本次畢業(yè)設(shè)計中我選用的圖22 單片機(jī)核心板電路是AT89C51單片機(jī)，是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能的CMOS微處理器。智能系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一般包含微處理器、按鍵與顯示人機(jī)界面、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等基本功能部件，同時也包含與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的其他特殊部件。智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，其核心在于微處理器。它體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個微型計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。一般采用DS18B20溫度傳感器測量現(xiàn)場溫度。表21 波速與溫度關(guān)系表發(fā)射電路接收電路超聲波發(fā)射器超聲波接收器被測物體單片機(jī)圖21 超聲波測距系統(tǒng)原理圖SH波速與溫度之間的關(guān)系如表21所示。由此可見溫度對于超聲波測距系統(tǒng)的影響是不可忽略的。在常溫下,超聲波的傳播速度為340m/s,但其傳播速度v易受到空氣中溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響,其中溫度的影響最大。測距原理如圖21所示。其中脈沖回波法最為常用，它主要基于超聲測距回波信號的識別，多采用模擬方法，用電路來實現(xiàn)。第4章主要說明超聲波測距系統(tǒng)的調(diào)試過程，包括測量方法的介紹，測量數(shù)據(jù)的整理和總結(jié)，從測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的問題以及修正手段。論文共分為五章，章節(jié)主要內(nèi)容如下：第2章主要說明超聲波測距系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括超聲波測距的原理，單片機(jī)核心與各部分電路的芯片介紹與方案設(shè)計以及各部分電路與單片機(jī)核心之間的連接方式。超聲波發(fā)送和接收部分就是超聲波傳感器。 本文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容是利用51單片機(jī)設(shè)計一種超聲波測距的設(shè)備。特別在近距離探測中，它是主要背景干擾?；祉懶盘柺怯捎谒薪橘|(zhì)及界面等非目標(biāo)物對發(fā)射信號的反向散射波在接收點疊加而產(chǎn)生的。它是超聲波信號由近源的波束旁瓣或通過換能器繞射，直接到達(dá)接收傳感器造成的。這段時間由于無法檢測超聲波傳播距離，從而出現(xiàn)盲區(qū)。發(fā)射超聲波時，超聲波換能器在驅(qū)動脈沖結(jié)束后，會由于慣性繼續(xù)振動，產(chǎn)生余振?；夭ㄐ盘柗惦S傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，使得接收傳感器接收到的回波信號隨著測量距離的增大而大幅減小，給回波前沿的準(zhǔn)確定位帶來困難，造成測量精度降低。 超聲波測距技術(shù)存在的問題超聲波傳播波速不恒定，超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨周圍環(huán)境（溫度、壓力等）的變化而變化，其中溫度的影響最為明顯。因而該方法存在測量分辨力和有效作用距離的矛盾，極大制約了超聲波傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬。目前市場上普通的超聲波測距系統(tǒng)，一般采用發(fā)射單超聲脈沖的方法，這種方法在測距精度和可靠性等方面的研究已較成熟。隨著超聲波回波信號處理方法的不斷完善，如何研發(fā)新型、高性能超聲波換能器以進(jìn)一步拓寬超聲波測距的應(yīng)用空間，作為解決超聲波測距系統(tǒng)不足的根本手段，越來越受到國內(nèi)學(xué)者關(guān)注。因而今后超聲波測距信號處理方法的改進(jìn)是超聲波測距的主要研究方向之一。具有語音告知功能, 兼帶振動功能, 更加人性化、智能化。而利用超聲波測距系統(tǒng)制作的導(dǎo)盲系統(tǒng)操作簡單方便。大多數(shù)曲面外形尺寸很難通過傳統(tǒng)測量方式獲得，而超聲波測距可以通過采用多傳感器多角度測距，確定其外形特征，以實現(xiàn)對曲面的檢測。由于存在視覺盲區(qū)，人們在倒車時無法看清楚車子后面的障礙物，很容易刮傷汽車或發(fā)生事故。超聲波傳感器已經(jīng)被廣泛用作測距傳感器，并應(yīng)用于機(jī)器人的定位和避障。與其他測位方法相比，超聲波液位測量具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、安裝和維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢。 超聲波測距技術(shù)研究的主要成果超聲波測距憑借其原理簡單、易于實現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點，在液位測量、移動機(jī)器人定位和避障、汽車防撞、曲面仿形檢測和導(dǎo)盲系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從技術(shù)上看，超聲波測距系統(tǒng)在上個世紀(jì)70年代已經(jīng)實用化從上個世紀(jì)70年代末期已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。超聲波測距的工作原理是發(fā)射換能器向外發(fā)射超聲波，超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收回波。其中，相位檢測法精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受反射介質(zhì)的影響。正是因為具有這些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測量中。當(dāng)聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲，它屬于機(jī)械波的范疇。目前，超聲波測距已普遍應(yīng)用在液位測量、移動機(jī)器人定位和避障等領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。激光測距具有高方向性、高單色性、高亮度、測量速度快等優(yōu)勢，尤其是對雨霧有一定的穿透能力，抗干擾能力強(qiáng)，但其成本高、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。其中，CCD探測具有使用方便、無需信號發(fā)射源、同時獲得大量的場景信息等特點，但視覺測距需要額外的計算開銷。隨著傳感器和單片機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無線檢測技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。 Temperature