【正文】 分析 ： 可能與被測(cè)物體的橫截面積大小有關(guān)。 圖 51 測(cè)量情況顯示 按下菜單鍵位，重新設(shè)置報(bào)警距離 ,報(bào)警距離為 80cm。報(bào)警電路引腳接到單片機(jī) P36 端口。 P1 口（ P11～ P13）控制數(shù)碼管的片選段。 圖 43 按鍵電路程序流程圖按下菜單鍵重新設(shè)置報(bào)警距離 距離減少 距離增加 再次按下菜單鍵設(shè)置完成 計(jì)算距離 顯示距離是否報(bào)警 15 第 5章 硬件的組裝及調(diào)試 本次超聲波測(cè)距的設(shè)計(jì)以 HRSR04 超聲波模塊為主體，中心頻率為 40 kH。 按鍵電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)按下 k1鍵位，進(jìn)入設(shè)置模式，默認(rèn)的報(bào)警距離在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，每按 k2一次顯示距離增加十厘米，每按下 k3 一次顯示距離減少十厘米，設(shè)置好新的報(bào)警距離后再次按下 k1 鍵位時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)計(jì)算顯示距離是否小于新設(shè)置的報(bào)警距離，如果小于蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。單片機(jī)的 P2 口和數(shù)碼管進(jìn)行段的動(dòng)態(tài)掃描，因?yàn)榫嚯x的顯示是在變化不固定的，所以數(shù)碼管的顯示過(guò)程是在外部中 斷后進(jìn)行的。當(dāng)接收探頭接收到回波信號(hào)時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平送至單片機(jī)的 端口，這時(shí)，定時(shí)器停止工作，并且提取定時(shí)器計(jì)數(shù)的次數(shù) N,計(jì)算出距離。先從定時(shí)器 T0那里讀取時(shí)間值，再根據(jù)公式計(jì)算出距離 ，最后在實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。本設(shè)計(jì)的中斷處理程序的程序流程圖如圖 42所示。這時(shí)轉(zhuǎn)入中斷處理程序，定時(shí)器 T0 以及外部中斷 0 就立刻關(guān)閉。 12 圖 41 主程序流程圖 中斷處理程序 負(fù)責(zé)計(jì)算距離的程序是中斷處理程序。主程序根據(jù)反射回來(lái)的信號(hào)繼續(xù)工作，如果回波標(biāo)志位為 0則說(shuō)明成功接收到了回波信號(hào)，這時(shí)開(kāi)始置位并且發(fā)送一個(gè)低電平到發(fā)射電路，就這樣不停的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能。這時(shí)調(diào)動(dòng)計(jì)算子程序根據(jù)記錄的 T0 時(shí)間計(jì)算距離，計(jì)算完成后，調(diào)用子程序顯示距離。 主程序設(shè)計(jì) 主程序是初始化單片機(jī) STC89C52，然后置 1回波接收 位。程序主要分為主程序和中斷程序。 系統(tǒng)的整體電路 圖 311 系統(tǒng)電路圖 整個(gè)系統(tǒng)由電源電路提供 5V 電源，數(shù)據(jù)由超聲模塊傳到單片機(jī)進(jìn)行處理，最后顯示在數(shù)碼管上并開(kāi)始報(bào)警。采用的電 源電壓為 5V,電源電壓減紅色二極管的兩端電壓就是電阻 R2 的電壓，再用 R2 兩端的電壓除以紅色二極管兩端電流就能計(jì)算出 R2。紅色發(fā)光二極管的工作電壓是 2V。電阻 R2 的計(jì)算為： R2＝（ E－ UF）／ IF (36) 式中的 E為電源電壓， UF為發(fā)光二極管的兩端電壓， IF為發(fā)光二極管的兩端電流。發(fā)光二極管采用的是紅色，作為電源指示燈，電路如圖 310所示。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有： 節(jié)省了大量的 I/O 口，并且消耗低，所以本次設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)方式，四位數(shù)碼管的接線方式為共陽(yáng)極的接法。 dp 為小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管由三級(jí) 9 管來(lái)驅(qū)動(dòng)，限流電阻 R1 R12 和 R13 是保護(hù)整個(gè)顯示電路，如圖 39。 VCC：提供 5V 的電源 GND：地線 TRIG：信號(hào)的輸入端口 ECHO：信號(hào)的輸出端口 工作原理：此模塊能夠發(fā)出 8個(gè) 40 kHz 的方波脈 沖，并且可以自動(dòng)檢測(cè)有沒(méi)有信號(hào)的返回。超聲波模塊如圖 38所示。如圖 37所示。查看相關(guān)資料，此次設(shè)計(jì)采用的是 CX20xx6A 芯片，此芯片具有信號(hào)放大、峰值檢波、比較等功能。 電路工作時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生的 40 kHz 由 端口發(fā)送到發(fā)射電路，信號(hào)由 74LS04芯片放大并由超發(fā)出。 圖 36 發(fā)射電路 R16 和 R17 為 1K 的電阻，能夠 74LS04 芯片放大的輸出能力。所以74LS04 反相器其實(shí)就是一個(gè)放大電路。 超聲波發(fā)射電路 發(fā)射電路主要由 5 個(gè)非門(mén)組成 74LS04 芯片電路組成。此次設(shè)置指示燈用的是綠色發(fā)光二極管，正向壓降 UF為 2v,工作電流 IF 為 20 毫安。 K2 按下，報(bào)警距離從原來(lái)的距離開(kāi)始增大，當(dāng)按下 K3鍵位報(bào)警距離開(kāi)始減小。 圖 34 報(bào)警電路 按鍵電路 按鍵電路由三個(gè)切換開(kāi)關(guān)，一個(gè) LED 設(shè)置指示燈和一個(gè)限流電阻構(gòu)成。 R15 為 1k 的電阻，作用是保護(hù)蜂鳴器。電容的可以使電路更加的穩(wěn)定，電路如下： 6 圖 33 時(shí)鐘電路 蜂鳴器報(bào)警 電路 報(bào)警電路由蜂鳴器、三極管、電阻構(gòu)成。 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路的兩個(gè)引腳分別接入 XTAL1 端口和 XTAL2 端口。當(dāng)且僅當(dāng) usRCt ?? 時(shí)，系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)復(fù)位，并且電阻和電容 RC 滿足條件 610* ??RC 。最后計(jì)算 RST 的電位，復(fù)位電路為一階 RC電路，所以電壓與電流有一下關(guān)系： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? RCtCCCC UUUtU ?? ????? e (34) 因?yàn)?? ? VUC 5?? ； ? ? VUC 00 ?? ；所以 ? ? RCtC tU ??? ?55 。 關(guān)于 RC 的計(jì)算 ： 震蕩頻率震蕩周期 1? （ 31) 機(jī)械周期 =震蕩周期 *12 (32) 關(guān)于復(fù)位時(shí)間 t的計(jì)算 : usMt 212*121*2 ?? (33) 查看相關(guān)資料知道 ,當(dāng) REST 上的電壓高于 時(shí)，就可以被看為高電平。電路如 下： 圖 32 復(fù)位電路 在 VCC 供電時(shí)， RST 的電壓和 VCC 一樣。這款 STC89C52 單片機(jī)在功能上和以前 51單片機(jī)的一樣，并且還擴(kuò)展了功能，使得用起來(lái)更加的方便。又因?yàn)槿?果兩個(gè)探頭離的太近會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的干擾，測(cè)量出來(lái)的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差。并且工作頻率在 39 kHz～ 41 kHz 左右，完全符合本次設(shè)計(jì)的 40kHz 的工作頻率。此模塊發(fā)出的超聲波能夠測(cè)量的范圍在 5m 到 2cm 之間，能夠準(zhǔn)確到 3mm，它的發(fā)射角不大于 15176。根據(jù)以上設(shè)計(jì)如圖 22。報(bào)警電路中，電阻 R15 3 為限流電阻、晶體三級(jí)管為驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。超聲波的發(fā)射信號(hào)由單片機(jī)發(fā)出并送到發(fā)射電路上，發(fā)出超聲波。我們知道聲波的傳播速度為 340m/s，所以被測(cè)距離 L如圖 21。超聲波測(cè)距的方法是：測(cè)量出輸出脈沖的寬度即發(fā)出超 聲波到接收超聲波的時(shí)間間隔t,利用公式 S=1／ 2vt,算出被測(cè)距離。時(shí)間間隔大小為方波的寬度，距離越遠(yuǎn)，脈沖的寬度越大。超聲波具有穿透性好、容易獲取等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)等方面有著巨大的研究?jī)r(jià)值。 2 第 2 章 系統(tǒng) 總體方案的選擇 超聲波的簡(jiǎn)介 我們知道，聲音的發(fā)出是產(chǎn)生了振動(dòng)。 （ 2） 與被測(cè)物體的距離用數(shù)碼管顯示，并有報(bào)警功能。 設(shè)計(jì)主要需求如下： （ 1） 電路測(cè)量的距離為≤ 6m。 Figneroa J． F．， Lamancusa J． S．在計(jì)算時(shí)間方法上又有了新的突破，傳播時(shí)間的獲得是通過(guò)相加峰值時(shí)延和相位時(shí)延。此外在醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域也有突出的地位。 超聲波測(cè)距系統(tǒng) 的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)距主要針對(duì)固體和液體的研究，在測(cè)距的穩(wěn)定性和精確性上有了很大程度的提高。超聲波擁有測(cè)量穩(wěn)定、穿透能力強(qiáng)、易接收等特點(diǎn)，同時(shí)超聲波測(cè)距不用接觸到物體，適用于了情況比較復(fù)雜的環(huán)境。本次設(shè)計(jì)具有容易控制和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 整個(gè)硬件電路由電源電路、按鍵電路、顯示電路、報(bào)警電路以及超聲波模塊構(gòu)成。信號(hào)發(fā)出到接收到回波信號(hào)所用的時(shí)間是