【正文】 我們來看看它的 極限 參數(shù) ，見表 2 表 2 CX20206A 的 極限 參數(shù) 參數(shù)名稱 符號 參數(shù)值 單位 電源電壓 Vcc 17 V 輸入信號電壓 VIN 5 V 允許功耗 PD W 工作 環(huán)境溫度 T1 20～ +75 ℃ 貯存溫度 T2 55～ +150 ℃ CX20206A 引腳功能說明及其參考數(shù)據(jù)，見表 3 表 3 引 腳 功能說明及其參考數(shù)據(jù) 引腳 符號 功能 說明 電壓（ V） 1 IN 遙控信號輸入端 該腳和地之間聯(lián)結(jié)著PIN 光電二極管，該集成塊 1 腳輸入阻抗約為40177。 5. 集電極開路輸出，能直接驅(qū)動 TTL 或 COMS 電路。由于沒有使用電感，能夠不受磁場的感染，因此抗干擾能力強。 2. 功耗低， Vcc=5V 時， 其典型功耗為 9mW。 考慮到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz 與測距超聲波頻率 40KHz 較為接近，可以利用它作為超聲波檢測電路。 （二） CX20206A 紅外接收放大模塊的設(shè)計 CX20206A 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外遙控信號接收集成電路，廣泛應(yīng)用于 視頻、音頻、空調(diào)、風(fēng)扇等各種遙控系統(tǒng)中作遙控信號接收電路 。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效 的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 11 PSEN： 外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入 編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 。 T0（記時器 0 外部輸入） 。 /INT0（外部中斷 0） 。 RXD（串行輸入口） 。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 AT89S51 的主要特性有： 1． 8031 CPU 與 MCS51 兼容 2． 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ) 9 3. 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 4. 三級程序存儲器保密鎖定 5. 128*8 位內(nèi)部 RAM 6. 32 條可編程 I/O 線 7. 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 8. 6 個中斷源 9. 可編程串行通道 圖 3 AT89S51 的 PDIP 引腳圖 AT89S51 的引腳圖與引腳說明 （ PDIP 封裝形式） 引腳說明： VCC： 供電電壓?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 圖 2 AT89S51 的外形圖 AT89S51 具有如下特點： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器 。 超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如圖 1 所示 ： 圖 1 超 聲波測距系統(tǒng)框圖 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計 （一） 單片機 AT89S51 的基本設(shè)計 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 單片機 控制器 超聲波發(fā)送 超聲波接收 LED 顯示 掃描驅(qū)動 8 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。即 AT89S51,CX2020A,TCT4010,DS18B20 的軟件設(shè)計以及驅(qū)動設(shè)計。即 AT89S51 與 CX20206A 紅外接收專用放大電路 ， TCT4010 超聲波傳感器和 數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20 之間的硬件設(shè)計。 （四 ） 論文完成的工作 本課題將使用 AT89S51, CX20206A 紅外接收專用放大電路 ， TCT4010超聲波傳感器和 數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20 設(shè)計的超聲波測距儀。 可行性分析 根據(jù)式子 ? (T+)1/2在 MCU 中建一溫度速度表（溫度速度表精確到小數(shù)點后 1位），由溫度傳感器輸出的溫度去查表，便找到了在該溫度下的超聲波傳播速 6 度 C，再由 L=C t 便可以得出被測量距離。 在本設(shè)計中，采用了一種高性能，低價格，數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20 來采集溫度，該數(shù)字溫度傳感器為獨特的 1Wire 總線接口，僅占用 MCU 一只引腳，具有操作簡單，溫度測量快，精度高（提 供 9— 12 位溫度讀數(shù)），測量溫度范圍為－ 55 到 125 攝氏度，在－ 10到 85攝氏度范圍內(nèi)精度為177。這些方法都有一定的缺陷，如線性差，電路復(fù)雜，實現(xiàn)數(shù)字化需要A/D 轉(zhuǎn)換等。用溫度去校正超聲波的傳播速度，這就是溫度補償。 表 1 不 同 溫度下超聲波傳輸速度 溫度 ℃ 30 20 10 0 10 20 30 速度 m/s 313 319 325 331 338 344 349 關(guān)于溫度補償， 由于超聲波傳播速度與環(huán)境溫度有以下 公式① 關(guān)系： ? (T+)1/2 公式① 式中 T為攝氏溫度， C為在該溫度下的超聲波傳播速度（單位為 m/s）。 利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知 ， 測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 ，在把得到的距離除以 2就得到了發(fā)射儀與被測物體之間的距離。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣 中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負(fù)責(zé)計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫 5 米級。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。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超聲波探頭。 超聲波是 指頻率高于 20KHz 的機械波。 因此利用超聲波測距，能在人們?nèi)粘：涂茖W(xué)研究中，測量到不容易被測量的距離，比如液位，礦井深度，彎道長度等等，減少了測量成本和測量危險。由于超聲波指向性強 ,因而常于距離的測量。隨著科技的迅猛發(fā)展越來越多科技成果被廣泛的運用到人們的常生活當(dāng)中 ,給我們的生活帶來了諸多方便。斯帕拉捷怎么也不會想到，自己的實驗，會給人類帶來如此巨大的恩惠。 現(xiàn)在，人們利用超聲波來為飛機、輪船導(dǎo)航，尋找地下的寶藏。原來，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人耳聽不見的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來。他們像無頭蒼蠅一樣在空中東 碰西撞，很快就跌落在地。 最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把他們放到夜空中?！半y道他薄膜似的翅膀，不僅能夠飛翔，而且能在夜間洞察一切嗎？”斯帕拉捷這樣猜想。然而事實完全出乎他的意料。因為那幾只蝙蝠，眼睛全被他蒙上了，都是“瞎子”呀。帕斯拉捷匆匆吃完飯，便走出街頭，把籠子里的蝙蝠放了出去。他常?？吹?，很多蝙蝠靈活的在空中飛來飛去，卻從不會撞到墻壁上。 知道人類第一次真正“認(rèn)識到”超聲波是怎么樣的呢？這要歸功于意大利科學(xué)家斯帕拉捷。 超聲波是指振動頻率大于 20KHz 以上的 ,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（ 20200Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。因此，我們把頻率高于 20200 赫茲的聲波稱為“超聲波”。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為 20～ 20，000赫茲。 那什么是超聲波呢？ 我們知道，當(dāng)物體振動時會發(fā)出聲音。軟件設(shè)計方面采用 MCS51 語 言，通俗易懂。硬件設(shè)計方面利用所學(xué)的知識和理論聯(lián)系實際的方法，本著和大學(xué)課本密切聯(lián)系的原則來完成設(shè)計任務(wù)。整個設(shè)計對其它所用器件也進行了介紹和對比。根據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計超聲波測距系統(tǒng)，但是專 用集成電路的成本很高，并且沒有數(shù)據(jù)顯示，操作使用很不方便。而且這個測距系統(tǒng)還可以經(jīng)過簡單的修改就能實現(xiàn)其它的檢測要求。可在潮濕高溫，多塵等惡劣環(huán)境下工作。 本文論述了采用單片機技術(shù)研制成功的用超聲波測距儀的基本原理，測量計算方法簡單，實現(xiàn)方案容易。單片機的邏輯控制功能很強，指令系統(tǒng)有各種控制功能所 用的指令。 可靠性好，適應(yīng)范圍廣，單片機芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它原件無法比擬的。具有廣泛的發(fā)展前景。 無論從精度還是從可靠性方面，超聲波測距做得都比較好。與物理緊密聯(lián)系，應(yīng)用靈活。因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，可解決超長度的測量。 2 超聲波是一種指向性強，能量消耗慢的波。因此在液位測量，機械手控制，車輛自動導(dǎo)航，物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。 超聲波測距與其它非接觸式的檢測方式方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法它不受光線，被測對象顏色，電磁干擾等影響。且對被測元件無磨損，使測量儀器牢固耐用，使用壽命加長，而且還降低了能量消耗，節(jié)省人力和勞動的強度。 超聲波作為一種檢測技術(shù)，采用的是非接觸式測量，此特點可使測量儀器不受被測介質(zhì)的影響。前幾種方法由于技術(shù)難度大，成本高，一般僅用于軍事工業(yè)，而超聲波測距由于其科研技術(shù)難度相對較低，且成本低廉，適于民用推廣。我們考慮研究一種非接觸測量儀器。 在測量方面，尤其工業(yè)，據(jù)了解，我國一些工業(yè)領(lǐng)域曾經(jīng)使用過接觸式測量儀，但普遍存在著這樣一些問題，抗粉塵能力差，觸點接觸不良，經(jīng)常失靈，誤動作，不可調(diào)整，容易被雜物纏繞而誤報等缺點，工作不可靠，影響 設(shè)備的正常使用。然而隨著社會發(fā)展和進步，人類的測量范圍不斷膨脹，由地表向兩側(cè)延伸，對地質(zhì)的研究，宇宙的探索，可謂兩極化的發(fā)展。 關(guān)鍵字： 超聲波 渡越時間法 AT89S51 CX20206A TCT4010 DS18B20 II AT89S51 MCUBASED DESIGN OF ULTRASONIC RANGE FINDER Abstract： We know that objects will sound when they vibrate. Scientists call the number of vibrations per second frequency of sound, its unit is the Hertz. Our human ears can hear the sound frequency between 20 ~ 20,000 Hz. When the sound wave frequency is greater than 20200 Hz or less than 20 Hz, we can’t listen it. We have higher than 20200 Hz frequency sound waves known as Ultrasonic. The sound wave which we can