【正文】 壓。注意加密方式 1 時(shí)， A 將內(nèi)部鎖 定位 RESET。 A/VPP（ 31 引腳） 訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效 ； 外部程序存儲(chǔ)器 選通信號（ SEN）是外部程序存儲(chǔ)器選 SEN（ 29 引腳）通信號。如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（ ROG）也用作編程輸入脈沖 ， 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部 定時(shí)器或時(shí)鐘使用。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無效。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。在對 Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)， P3 還接收一些控制信號。對端 口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P2 也接收高位地址和一些控制信號 ； P3 端口（ ～ ， 10～ 17 引腳） ： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“ MOVX DPTR”指令）時(shí)， P2 送出高 8 位地址。對端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電 流 ，此外， 和 還可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（ ） 和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）在對 Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí) ,P1接收低 8 位地址 ； P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引腳） ： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。在 Flash ROM 編在程時(shí)， P0 端口接收指令字節(jié) 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié) 則輸出指令字節(jié)。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。 STC89C52RC 引腳功能說明： VCC（ 40 引腳）：電源電壓 ； VSS（ 20 引腳）：接地 ； P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引腳） ： P0口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式： 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原 程序 ； 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗 ； 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA 典型功耗。 主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） ； 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz； 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) ； 片上集成 512 字節(jié) RAM； 通用 I/O 口 (32 個(gè) )復(fù)位后為 :P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 ,P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻 ； ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在 應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 ； 具有 EEPROM 功能 ； 具有看門狗功能 ； 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 顯示部分選擇了 1602 顯示屏。 控制核心部分選擇實(shí)用的 STC89C52 單片機(jī)即可滿足計(jì)算和控制要求。 HCSR04 集成的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，遇到障礙物產(chǎn)生回波，被接收電路模塊接收， STC89C52 單片機(jī) 計(jì)算 出聲波傳輸所用時(shí)間，經(jīng)過溫度補(bǔ)償溫，計(jì)算出正確的待測距離， DS18B20測出的溫度通過 1602 顯示。由于在這 ，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離 如下： 如圖 21 為測距原理 [4] 圖 測距原理 因?yàn)棣?/2 角度較小 ,可以忽略不計(jì)，所以 L≈ S。 超聲波測距的算法設(shè)計(jì) : 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘 340 米（ 15℃ 時(shí)）。超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。其原理為：檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射的超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間 t，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間，然后求出距離 l。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有 限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。 [6] 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 總體方案 方案選擇 采用單片機(jī)來控制超聲波測距，信號線發(fā)射到與超聲波發(fā)射器相連的信號端，超聲波發(fā)射器向既定方向發(fā)射，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物將產(chǎn)生回波。而氣介式超聲回波測距儀，一般頻率都較低，易引入工業(yè)噪聲。這個(gè)閾值 決定信噪比。 (3)信噪比問題 超聲波測距儀都有一定的量程。 (2)采用自動(dòng)距離增益控制 采用具有自動(dòng)增益控制功能的 放大器，使近距離的增益很小，遠(yuǎn)距離時(shí)的增益較大，這樣一方面發(fā)射信號的余震幅度變小， 同時(shí) 相應(yīng)的延續(xù)時(shí)間 縮短，可以分辨出近處的接受回波信號，故可使盲區(qū)減少。通過對溫度修正來校正聲速的方法，即用測溫元件測量實(shí)際環(huán)境。一般情況下，由于大氣壓力變化很小，因此傳播速度主要考慮溫度的影響。 所以，在本實(shí)驗(yàn)中，我們選取了雙 探頭的工作方式，減小盲區(qū)，同時(shí)提高檢測的距離精度。由于發(fā)射探頭上并不直接施加發(fā)射電壓，所以，從理論上說，可以沒有盲區(qū)。 但是，當(dāng)探測距離很遠(yuǎn)時(shí)，為了增大發(fā)射功率，需要采用特殊形式的大功率超聲發(fā)射傳感器，但這些傳感器的接收靈敏度 很低，甚至無法用于接收，在這種情況下，選用兩個(gè)換能器分別用于發(fā)送和接收。所以把這段時(shí)間規(guī)定為盲區(qū)時(shí)間。這就構(gòu)成了遠(yuǎn)限的問題。同時(shí)，接收信號的衰減 總是要比發(fā)射信號余振的衰減慢得多。同時(shí)，探頭 上接收到的各種反 射信號卻遠(yuǎn)比發(fā)射信號小，即使是離探頭較近處的 反射信號也達(dá)不到限幅電路的限幅電平。在距離過近時(shí)，接收信號將落進(jìn)盲區(qū)中而無法分辨出來，這是近限 存在的原因。 超聲波測量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限 用往返時(shí)間檢測法測量距離時(shí)，障礙物與超聲波傳感器間的距離既 不能太遠(yuǎn)也不能太近，存在著距離測量的近限和遠(yuǎn)限。實(shí)現(xiàn)的方法是當(dāng)回波信號經(jīng)放大處理后，進(jìn)入比較器，調(diào)整好合適的閡值在比較器的輸出端就會(huì)產(chǎn)生 40kHz 的方波。本文主要用的是脈沖檢測法它是南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 一種對有回波信號經(jīng)檢測電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行檢測的方法。 對超聲波傳播時(shí)間的測量可 以歸結(jié)到對超聲波回波前沿的檢測。顯然，直接用秒表測時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的。而所測距離是聲波傳輸距離的一半，即公式 （ 11） ， L= vt/2 (11) 在上式中， L 為待測距離， v 為超聲波的聲速， t 為往返時(shí)間。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受反射波的影響 .本論文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測法，其原理為：檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波 (假設(shè)傳播介質(zhì)為氣體 )，經(jīng)氣體介 質(zhì)的傳播到接收器的時(shí)間即往返時(shí)間。超聲波傳感器的指向角一般為 40 度～ 80 度。下圖 就是 超聲波傳感器的指向圖。但離開超聲波傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波疊加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。因此，超聲波接收器應(yīng) 與 輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能 獲得 較高的接收靈敏度。如果 R 較小，（如小于 10K）頻率特性曲線 將 變的平滑而且具有放寬的帶寬，同時(shí)靈敏度也隨 著降低。因此超聲波接收器具有很好的頻率選擇特性，在構(gòu)成遙測系統(tǒng)時(shí)一般不 需再設(shè)置選頻電路。因此，超聲波發(fā)射器一定要使用非常接近中心頻率 的交流電壓來激勵(lì)。圖中， f0 為超聲波發(fā)射器的中心頻率 ，在 f0處，超聲波發(fā)射器產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)。利用正壓電效應(yīng) 可 將機(jī)械能 (即聲能 )轉(zhuǎn)換成電能，并用來接受超聲波的裝置，稱為接收換能器。將適當(dāng)?shù)慕蛔冸娦盘柺┘拥骄w上，晶 體將發(fā)生交替的壓縮和拉伸，因而產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率與交變電壓的頻率相同，若把晶體藕 合到彈性介質(zhì)中，晶體將充當(dāng)一個(gè)超聲源的作用，超聲波將被輻射到相應(yīng) 介質(zhì)中。這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。 共 振電 極 壓 電 晶 片南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 逆壓電效應(yīng)是指將具有逆壓電效應(yīng)的介質(zhì)置于電場中，由于電場作用 ，介質(zhì)內(nèi)部正負(fù) 電荷中心 位置發(fā)生 變化，這種位置變化在宏觀上表現(xiàn)為 介質(zhì) 產(chǎn)生了形變，形變 大小 與電場強(qiáng)度成正比。目前壓電式換能器的理論研究和實(shí)際應(yīng)用最為廣泛，本文超聲波測距選用的也是壓電式超聲波換能器。 圖 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)圖 壓電式超聲傳感器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器，或者超聲波探頭。 超聲波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的衰減，其產(chǎn)生原 因可分為三個(gè)方面 : 由于波前的擴(kuò)展而產(chǎn)生的能量損失； 超聲波在介質(zhì)中的散射而產(chǎn)生的能量損失，即散射衰減； 由于介質(zhì)內(nèi)耗所產(chǎn)生的吸收衰減。聲阻抗 的 定義為 聲速 c 與 傳聲介質(zhì)的密度 ρ 的乘積，用 Z 表示。當(dāng)波在界面處生折射時(shí)， 折射角的正弦 與入射角的正弦 之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速與折射波在第二介質(zhì)中的波速之比。這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射。在聲速已知的介質(zhì)中，可以利用身波傳播距離 L 和傳播時(shí)間 T 的關(guān)系 L=VT，進(jìn)行超聲測距， 超聲測厚計(jì) 和超聲液位計(jì) 就是這方面的典型應(yīng)用。 聲速與介質(zhì)的許多特性有關(guān) 系 ，有的關(guān)系非常直接，可 由 精確的理論公式 表示 ，而 有的關(guān)系比較間接而 且 復(fù)雜，但在特定條件下，也可建立一些經(jīng)驗(yàn)公式，例如 混合物的比例、溶液的濃度、 介質(zhì)的成 分、某些液體的比重等，都可以與聲速建立一定關(guān)系，這樣就可以通過聲速來測定這些特性參數(shù)。除水以外， 聲波在 大部分液體的 傳播速度 隨溫度的升高而增加。 [4] 聲速是隨著介質(zhì)及其狀態(tài)的不同而不同。對于液 態(tài) 介質(zhì)，只能傳播縱波。超聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣燃唇橘|(zhì)的聲速。當(dāng)聲 波 的頻率高到超過人耳的頻率極限時(shí)，人們就覺察不出聲 音的存在，我們 將 這種高頻率的聲 波稱 為超聲 波 。聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。 隨著我校的教學(xué)質(zhì)量的提升和教學(xué)內(nèi)容的深入， 自動(dòng)化學(xué)院 學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)有一定提高，對于研發(fā)這一類的產(chǎn)品已經(jīng)不是什么難題，為開發(fā)這類電子產(chǎn)品奠定了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，只要給予正確的指導(dǎo)，一定能完成本次設(shè)計(jì)。 顯示技術(shù)：數(shù)據(jù) 顯示 ， 1602 顯示 測距儀與 物體 之間的距離?，F(xiàn)代人類生活大部分電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。應(yīng)用以下三種技術(shù)： 單片機(jī)技術(shù)： STC89C52 系列的單片機(jī)具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu) 較為簡單，成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)一般的控制功能的優(yōu)點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測出物體之間的距離的目的，設(shè)計(jì) 了一個(gè)超聲波測距的方案。目前已研制的超聲波測距儀中，量程一般為 3cm12m，美國 AIRMAR 公司生產(chǎn)的 airducer AR30 超聲波傳感器的作用距離可達(dá) 30m，但價(jià)格昂貴 。溫度對傳感器的影響也很大，因此，需要用溫度傳感器進(jìn)行校正，目前 分別使用 聲譜輪廓分析法 和相位探測法 或二者結(jié)合起來的方法是降低探測傳輸不確定度的 主要 方法。目前超聲波測距方法主要有三種：（ 1）相位檢測法：精度高，但檢測范圍有限；（ 2）聲波幅值檢測法：易受反射波的影響；（ 3）渡越時(shí)間法：工作方式簡單，直觀。對本課題的研究與設(shè)計(jì)，還能進(jìn)一步提高自己的電路設(shè)計(jì)水平，深入對單片機(jī)的理解和應(yīng)用。 設(shè)計(jì)的意義 超聲波測距 在生活 中的應(yīng)用越來越廣，但人們可以具體 采用 的測距 方法還十分有限，因此，這是一個(gè) 蓬勃發(fā)展而 且 又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。隨著測距的技術(shù)進(jìn)步，測距將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。因此，超聲 波 在空氣中測距及 特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。因此可廣泛應(yīng)用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限 高料位測量、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、物體識別與定位、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)乃至地形地貌探測等許多領(lǐng)域中。 對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾等惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技水平的不斷提高，電子測量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛 ，超聲波測量 因?yàn)榫哂?精度高，成本低，性