【正文】 各種測距方法，如超聲波測距法、紅外線測距法和激光測距法等，其中激光測距又可分為脈沖式激光測距法和相位式激光測距法。本系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)測試，～10米內(nèi)的平面物體做了多次測試，測距系統(tǒng)的最大誤差不超過1cm，重復(fù)一致性很好。最后，顯示的數(shù)值動態(tài)掃描時(shí)間太長了，我把程序中的延時(shí)時(shí)間調(diào)的小些，下載到單片機(jī)后，數(shù)碼管顯示距離清晰可見，移動平面物體距離，數(shù)碼管也跟著變化。拿了一本書用來當(dāng)被測物體，但是當(dāng)把書遠(yuǎn)離時(shí)，雖然數(shù)碼管顯示的數(shù)值有變化，但是與估算的距離差距很大。當(dāng)把程序下載后，發(fā)光二極管沒有點(diǎn)亮，則說明沒有超聲波接收器R沒有接收到回波。檢測的方法是在程序中的接收到回波成功標(biāo)致后加上一個(gè)語句，讓發(fā)光二極管亮。這是由于經(jīng)過六反相器74LS04功率放大后的結(jié)果，由此可以證明超聲波發(fā)生電路是正確的，超聲波發(fā)生子程序也是正確的。把編譯后的程序下載到單片機(jī)上，重復(fù)調(diào)試示波器的頻率和賦值，最后能看到連續(xù)8個(gè)40kHz的脈沖串了。一開始什么波形也沒有，調(diào)試示波器上的頻率，因?yàn)?0kHz的脈沖信號周期很小，不容易觀察，所以會有很多干擾，慢慢調(diào)整示波器上的頻率后有脈沖了，但是干擾很大，波形也不正確。然后再試著調(diào)試顯示程序中給共陽數(shù)碼管賦值的值，改變后把程序再下載到單片機(jī)上，數(shù)碼管顯示數(shù)值了，現(xiàn)在可以證明顯示部分的焊接沒有錯(cuò)誤了。電源接通后，發(fā)現(xiàn)LED數(shù)碼管顯示全亮，并且蜂鳴器一直響。下面就來談?wù)勗谲?、硬件?lián)合調(diào)試中所遇到的問題與其解決的方法。所以本程序在設(shè)計(jì)中并沒有太大的邏輯上的錯(cuò)誤，只是有一些語法上的錯(cuò)誤，比如重復(fù)定義等，經(jīng)過調(diào)試﹑修改后，沒有了語法上的錯(cuò)誤，軟件調(diào)試結(jié)束。這時(shí)又有錯(cuò)誤產(chǎn)生了，提示報(bào)警處附近處有錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)有一語句忘寫“；”號了，加上分號后再編譯。 軟件調(diào)試軟件程序是在KEIL單片機(jī)仿真系統(tǒng)中完成的，軟件程序的主程序以及各部分子程序都編完后，進(jìn)行軟件編譯，編譯不通過，提示說在發(fā)生脈沖程序中的_nop_()沒有定義，原來是頭文件中沒有定義，加上include 頭文件后，繼續(xù)編譯。重新焊好插好芯片再測量就沒有發(fā)現(xiàn)其他的錯(cuò)誤了。最后，用USB提供5V電壓將整個(gè)電路通電后檢查現(xiàn)象，在用萬用表測量各個(gè)管腳的電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)沒有高電平，各個(gè)管腳與地線之間都沒有電壓，經(jīng)過檢測，后來發(fā)現(xiàn)是所用的排線接高電平的那根線與接頭接觸不好，經(jīng)過重新焊好排線后，再測量管腳與地線之間有電壓了。在此項(xiàng)檢查中，由于14腳的IC底座的各管腳之間距離很近，當(dāng)電阻或?qū)Ь€同時(shí)連接一點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致發(fā)射和接收電路中有的導(dǎo)線可能沒有焊接上，一一改正后繼續(xù)檢測。在此項(xiàng)檢查過程中，先從超聲波的發(fā)射電路開始，剛檢查就發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重的錯(cuò)焊現(xiàn)象，焊接六反相器的管腳時(shí)誤將導(dǎo)線絲與電路板相連，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后及時(shí)修正，重新焊接后接著再繼續(xù)檢查，又發(fā)現(xiàn)在超聲波接收電路中的超聲波接收傳感器R的管腳與集成片CX20106A接錯(cuò)了，重新焊接后并沒有發(fā)現(xiàn)太大的焊接錯(cuò)誤了。下面就來說明一下本系統(tǒng)的硬件調(diào)試部分?？傮w來說，超聲波測距系統(tǒng)的制作和調(diào)試都較為簡單，其中超聲波發(fā)射和接收選用的是Ф16的超聲波傳感器T/R4016（T發(fā)射/R接收），中心頻率為40kHz，在焊接時(shí)應(yīng)保持兩傳感器的中心軸線平行并相距4～8cm，其余元器件無特別要求。下面就針對這次設(shè)計(jì)在調(diào)試中所出現(xiàn)的一些問題做些簡要的說明。特別是軟、硬件的聯(lián)合調(diào)試過程，這個(gè)是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過該過程能夠檢驗(yàn)一個(gè)系統(tǒng)是否能正常穩(wěn)定地工作，同時(shí)還可以檢測其是否達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能要求，能否實(shí)現(xiàn)所有功能等等。如果要測試的最大距離是10m，則兩次脈沖群之間的最小時(shí)間為T=2S/C=210／344≈60ms 。 (3)最大測試距離將取決于：兩次脈沖群發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量。本次設(shè)為1 ms，假定溫度為20℃，則測量盲區(qū)為S=1344／2≈17．2 cm。(2)在CPU停止發(fā)送脈沖群后，由于電阻尼，換能器不能立即停止發(fā)送超聲波，在一段時(shí)間內(nèi)仍然會發(fā)送，故這段時(shí)間內(nèi)不可立即開啟INT0接收回波，要等待一段后以避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端，這段被稱為“虛假反射波”。 (1)定時(shí)器T1之所以是60 ms溢出是因?yàn)樗?6位定時(shí)／計(jì)數(shù)器(65535)。i)。 }}void Delay(ui i){ for(。 _nop_()。m++) { _nop_()。 for(m=0。延時(shí)程序如下：void delay()//超聲避開自己發(fā)出波的延時(shí)。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)數(shù)器T0停止計(jì)數(shù)，并將接收成功標(biāo)志字賦值1。超聲波發(fā)生子程序用定時(shí)器T1中斷程序產(chǎn)生超聲波。 系統(tǒng)初始化后就啟動定時(shí)器T1從0開始計(jì)數(shù)，此時(shí)主程序進(jìn)入等待，當(dāng)?shù)竭_(dá)60 ms時(shí)T1溢出進(jìn)入T1中斷服務(wù)子程序；在T1中斷服務(wù)子程序中將啟動一次新的超聲波發(fā)射，同時(shí)開啟計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)，為了避免直射波的繞射，需要延遲1 ms后再開INT0中斷允許；INT0中斷允許打開后，(INT0)引腳出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號，將提出中斷請求進(jìn)入INT0中斷服務(wù)子程序，在INT0中斷服務(wù)子程序中將停止計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)，讀取計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)值到相應(yīng)的存儲區(qū)，同時(shí)設(shè)置接收成功標(biāo)志；主程序一旦檢測到接收成功標(biāo)志，單片機(jī)再調(diào)用距離計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離；此后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示；若超過設(shè)定的最小報(bào)警距離還將報(bào)警；如果沒有檢測到接收成功標(biāo)志，則繼續(xù)等待回波；當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過程完成后，系統(tǒng)將再次啟動T1以溢出，進(jìn)入下一次測距。定時(shí)器T1，計(jì)數(shù)器T0均工作在工作方式1，為16位計(jì)數(shù)，T1定時(shí)器被用來開啟一次測距過程以它的溢出為標(biāo)志開始一個(gè)發(fā)射測量循環(huán)，T0計(jì)數(shù)器是用來計(jì)算脈沖往返時(shí)間，T0的初值設(shè)為0。 系統(tǒng)軟件編制時(shí)應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線，同時(shí)還要進(jìn)行存儲空間、寄存器以及定時(shí)器和外部中斷引腳的分配和使用。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。所以，只要測出超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。距離的計(jì)算公式為：S=CT/2其中的S為被測物體與測距器之間的距離，C為聲速，T為聲波來回所用的時(shí)間。根據(jù)超聲波測距的原理，即超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出超聲波脈沖信號，超聲波遇到被測物體后反射回來，被超聲波接收器R接收到。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，程序采用C語言編寫。但電容不易過大，否則瞬間響應(yīng)速度會降低3C3該腳和地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波；若電容量小，則為峰值檢波，瞬間響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出脈沖的脈寬變動大，易造成遙控誤動作4GND接地端05該腳為帶通濾波器的中心頻率設(shè)置端，其與電源所接的電阻用來設(shè)置帶通濾波器的中心頻率：當(dāng)R=200 kΩ時(shí)，=40kHz； 當(dāng)R=220 kΩ時(shí)，=38kHz6C4該腳為積分電容連接端，所接電容的標(biāo)準(zhǔn)值為330pF。 CX20106A的各引腳功能引腳符號功能電壓(V)1IN信號輸入端,輸入阻抗為40177。（3）能和PIN光電二極管直接相連。其主要特點(diǎn)如下：（1）低電壓供電（Vcc=5V），低功耗（Vcc=5V時(shí)，典型功耗為9mV）。 超聲波檢測接收電路紅外線檢波的專用芯片CX20106A是8腳單列直插式塑封結(jié)構(gòu)，它的主要功能是對接收到的超聲波信號進(jìn)行放大、濾波。用CX20106A接收超聲波（無信號時(shí)輸出高電平），具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。超聲波檢測接收電路主要是由紅外線檢波接收的專用芯片CX20106A以及超聲波接收傳感器R構(gòu)成的。 聲壓電平特性曲線 ② 。 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖⑷ 。 T/R4016型超聲波傳感器型號代碼⑵ 。本系統(tǒng)所采用的是T/R4016型超聲波傳感器。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(shí)，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器了。超聲波傳感器由兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板組成。利用超聲波的特性，可做成各種傳感器（包括超聲波的發(fā)射和接收），配上不同的電路，可制成各種超聲波儀器及裝置，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、家電等行業(yè)中。介質(zhì)的密度越小，衰減越快，頻率高時(shí)則衰減更快。 傳播中的衰減隨著超聲波在介質(zhì)中傳播距離的增加，介質(zhì)吸收能量使超聲波強(qiáng)度有所衰減。在氣體中，超聲波的傳播速度與氣體種類、壓力及溫度有關(guān)，在空氣中傳播速度為C=+ (m/s) 式中，t為環(huán)境溫度，單位為0C。在液體中傳播速度為 C= 式中p為介質(zhì)的密度；為絕對壓縮系數(shù)。橫波、表面波只能在固體中傳播，縱波可在固體、液體及氣體中傳播。超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它的波形有縱波、橫波、表面波三種。人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，它的頻率通常在20Hz20kHz范圍內(nèi)，超過20kHz稱為超聲波，低于20Hz的稱為次聲波。 超聲波發(fā)射電路反相器在本系統(tǒng)的超聲波發(fā)射電路中采用的反相器是六反相器74LS04芯片，： 芯片74LS04引腳結(jié)構(gòu) 由其引腳結(jié)構(gòu)可知， 7腳接地，14腳接電源，剩下12個(gè)管腳可分為六個(gè)反相器，其中A為輸入端，Y為輸出端，例如：1A輸入，1Y輸出。輸出端采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。該信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩極反相器后送到超聲波換能器的另一