【正文】 保證單片機系統(tǒng)的可電，供電路中由5伏的三端稱壓集成電路進(jìn)行穩(wěn)壓后輸出5伏的真流電供整個系統(tǒng)用電，為進(jìn)一步提高電源質(zhì)量，5伏的直流電再次經(jīng)過CC4濾波。數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示，段碼輸出端口為單片機的P2口，、,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。該接收電路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。放大的信號通過檢波電路得到解調(diào)后的信號，即把多個脈沖波解調(diào)成多個大脈沖波。接收到的信號加到BGBG2組成的兩級放大器上進(jìn)行放大。本系統(tǒng)在編程時選用了后者。s或13181。由于單片機系統(tǒng)的晶振為12M晶振，因而單片機的時間分辨率是1181。s。 超聲波發(fā)送電路Fig. Ultrasonic transmitter circuit t。發(fā)送出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。接收電路由BGBG2組成的兩組三級管放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由CDD2及BG3組成。 超聲波單片機系統(tǒng)Fig. Ultrasonic SCM system 超聲波發(fā)射、接受電路，接收電路如圖34。由K1，K2組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以2即可得到測量值，最后經(jīng)3位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后。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。硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電標(biāo)識和快速編程特性中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)全雙工串行UART通道2個16位定時／計數(shù)器1288字節(jié)內(nèi)部RAM全靜態(tài)工作模式：0Hz－33MHz1000次擦寫周期與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。顯示電路采用簡單實用的3位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的P2口，、,數(shù)碼管位驅(qū)運用PNP三極管S9012三極管驅(qū)動。 系統(tǒng)整體框圖Fig. Overall block diagram of the system硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路、報警輸出電路、供電電路等幾部分。發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。由于是利用超聲波測距，要測量預(yù)期的距離，所以產(chǎn)生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達(dá)到預(yù)定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波信號和防止外界干擾信號的干擾。將式(4)帶入式(3)可得： (5)當(dāng)被測距離H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時，式(5)變?yōu)椋? (6)這就是所謂的時間差測距法。 超聲波測距的原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計時。專用型是發(fā)送器用作發(fā)送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是發(fā)送器和接收器是一體的傳感器，既可以發(fā)送超聲波，又可以接收超聲波。利用這一特性可制作成各種頻率的超聲波傳感器。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。 壓電式傳感器原理圖Fig. Schematic of piezoelectric sensors壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率f0。它有兩個壓電晶片和一個錐形振子，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，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動錐形振子振動，便產(chǎn)生超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會使其產(chǎn)生機械變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機械波相同的電信號。在壓電陶瓷上加上有大小和方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機械變形，這種機械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。傳感器的主要組成部分是壓電晶片。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。屬于晶體的如石英、鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲波傳感器稱為探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。電聲型主要包括壓電傳感器、磁致伸縮傳感器、靜電傳感器。 超聲波傳感器介紹超聲波傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。超聲波與光波、電磁波、射線等檢測相比，其最大特點是穿透力強，幾乎可以在任何物體中傳播，了解被測物體內(nèi)部情況。利用超聲檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)使用的要求，主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴瓷洹⒄凵?、干涉、衍射、散射。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AT89S51單片機作為控制器，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，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求。具體設(shè)計一個基于單片機的超聲波測距器，包括單片機控制電路，發(fā)射電路，接收電路，LED顯示電路。根據(jù)原理設(shè)計超聲波測距儀的硬件結(jié)構(gòu)電路。2 總體方案 本設(shè)計的研究方法 本設(shè)計選用TCT4016T/R超聲波傳感器。超聲波作為一種新型的工具在各方面都有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求。但就目前技術(shù)水平來說，人們利用超聲波的技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在不斷發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)。（3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，費用低，信息處理簡單可靠，便于小型化和集成化。（2）和光學(xué)方法相比，超聲波的波速較小，可以直接測量較近的目標(biāo)，縱向分辨率高；對色彩、光照度、電磁場不敏感，被測物體處于黑暗、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀近年來，由于導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)機器人的自動測距、機械加工自動化等方面的需要，自動測距變得十分重要。通過本課題的研究，將所學(xué)到的知識用在實踐中并有所創(chuàng)新和進(jìn)步。所以超聲波測距法是一種非常簡單常見的方