【正文】 是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。 軟件的調(diào)試程序見附錄 二 25 總 結(jié) 由于時(shí)間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計(jì)沒有成功做出實(shí)物。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序，測(cè)距儀能測(cè)的范圍為 ～，測(cè)距儀 最大誤差不超過 1cm。 硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。若能將超聲波接受電路用金屬殼屏蔽起來，則可能提高抗干擾能力。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 1 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功。 定 時(shí) 中 斷 入 口定 時(shí) 器 初 始 化發(fā) 射 超 聲 波發(fā) 射 完 否 ？停 止 發(fā) 射返 回YN 圖 42 定時(shí)中斷服務(wù)子程序 23 外 部 中 斷 入 口關(guān) 外 部 中 斷讀 取 時(shí) 間 值計(jì) 算 距 離結(jié) 果 輸 出開 外 部 中 斷返 回 圖 43 外部中斷服務(wù)子程序 超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 1 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即 INT1 引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程 序。 22 波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過 端口發(fā)送 2 個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)（頻率約 40kHz 的方波），脈沖寬度為 12μs 左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器 T0 打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。 然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。 21 單 片 機(jī) 初 始 化定 時(shí) 器 初 始 化顯 示 測(cè) 量 值開 始開 外 部 中 斷等 待 中 斷 圖 41 主 程序流程圖 由于采用的是 12MHz 的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將 計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（ 42）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20℃ 時(shí)的聲速為 344m/s 則有： d=(c? t)/2=172T0/10000cm （ 42） 其中， T0 為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)算值。置位總中斷允許位 EA 并給顯示端口 P0 和 P1 清 0。 定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成 單 方向超聲波的發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖 4圖 4圖 43 所示。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片 機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。我們知道 C 語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用 C 語言編程。 具有豐富便潔的軟件編程設(shè)置選項(xiàng) 。 在任何狀態(tài)下都可以 1次傳輸 256bytes的數(shù)據(jù) ， 當(dāng)設(shè)置空中波特率大于串口波特率時(shí)，可 1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù) 。它 是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊 ,其可設(shè)置眾多的頻道，發(fā)射功率高，而仍然具有較低的功耗 。 18 圖 38 WT588D語音播報(bào)電路 其中 KIA1117芯片為 WT588D VCC管腳（存儲(chǔ)器電源輸入腳）提供 ?？煽刂频恼Z音地址位能達(dá)到 220個(gè)！每個(gè)地址位里能加載可組合語音為 128段語音。 表 32 12864液晶 基本特性 低電 源電壓 VDD:++ 顯示分辨率 12864 點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 時(shí)鐘頻率 2MHz 顯示方式 STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式 1/32DUTY， 1/5BIAS 視角方向 6 點(diǎn) 背光方式 側(cè)部高亮白色 LED 通訊方式 串行、并口可選 負(fù)壓 內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路 片選信號(hào) 無需片選信號(hào) 工作溫度 0℃ +55℃ 存儲(chǔ)溫度 20℃ +60℃ 17 圖 37顯示單元電路 語音播報(bào)電路采用 WT588D系列的集單片機(jī)和語音電路于一體的可編輯語音芯片。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比 ， 不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 12864 液晶模塊 可完成圖形顯示 。 利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 12864液晶資料 帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示 模塊 ；其顯示分辨率為12864 。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用于顯示測(cè)量距離，補(bǔ)償溫16 度以及危險(xiǎn)，保持，安全等警告信號(hào)。 ? 供熱 /制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制 。 ? 軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制。 ? PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ， 便于與其它電器設(shè)備連接。 ? 適用于 DN15~25， DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備 測(cè)溫 。 ? 測(cè)量結(jié)果以 9~12位數(shù)字量方式串行傳送 。 ? 工作電源 ： 3~5V/DC。 DS18B20溫度傳感器： (1):技術(shù)性能描述 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊。 DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值 ， 而且 采用了一線制與單片機(jī)相連 ， 減少了外部的硬件電路 ， 具有低成本和易使用的特點(diǎn) 。 8腳 RC1： 電源正極， ～ 5V。 6腳 C： 該腳與 GND之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值 為 330pF，如果該電容取得 太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 5腳 RC0： 該腳與電源端 VCC接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0， 阻值越大，中心頻率越低。 3腳 C0： 該腳與 GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 。增大電阻 R或減小 C，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。 CX20216A 的引腳注釋 ： 1腳 IN： 超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。適當(dāng)更改電容 C16的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。上位電阻 R R3 一方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。25mA 功耗 600mW 發(fā)射電路主要由反相器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成， 如圖 33 所示， 單片機(jī) 端口輸出的 40kHz 的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極， 用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。 表 31 反相器 74LS04 參數(shù) 最大額定值 電源電壓 to + DC 輸入電壓 to Vcc+ 直流輸出電壓 to Vcc+ 鉗位二極管電流 177。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。 12 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)量誤差，可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計(jì)方法，限于實(shí)際需要，本電 路只采用單路超聲波發(fā)射接收。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在 4 個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。 因此，復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。在復(fù)位電路中，單片機(jī) RESET 管腳一方面經(jīng) 20 F 的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，另一方面經(jīng)開關(guān) s 接電源。如圖 32 所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和 +5V 電源組成。掉電式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他左右部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 同時(shí)， AT89S51 可以降 至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)點(diǎn)工作模式。 ? 低功耗空閑和掉電模式。 ? 6 個(gè)中斷源。 ? 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM。 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz— 24Hz。 ? 4K 字節(jié)可以重復(fù)擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS— 51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89S51 單片機(jī)可以為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 顯示單元部分采用 12864 液晶模塊 。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。 9 第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、 語音播報(bào)電路、溫度補(bǔ)償電路、無線傳輸、 超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接受電路 五 部分。176。C 至 +85176。C 至 +125℃ 。 獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 至 無需備用電源測(cè)量 。 但是考慮到成本問題 我選用 TS18B20數(shù)字溫度傳感器 。 AD590共有 I、 J、 K、 L、 M五檔，其中 M檔精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。輸出電阻為 710WM。電源電壓可在 4V6V范圍變化，電流變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590的測(cè)溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 AD590是美國模擬器 件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。 大家知道，聲音在不 同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。配套 WTAPP上位機(jī)操作軟件可隨意更換WT588D語音單片機(jī)芯片的任何一種控制模式，把信息下載到 SPIFlash上即可。 WT588D是一款功能強(qiáng)大的可 重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。 WT588D系列語音單片機(jī)是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機(jī)和語音電路于一體的可編輯語音芯片。 但是本設(shè)計(jì)不要求芯片有 可以計(jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息 的復(fù)雜功能。可以計(jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，并可以將時(shí)間信息反饋給主控單片機(jī)。 WT1380具有多種報(bào)警功能，定時(shí)器功能，時(shí)鐘輸出功能，中斷輸出功能以及語音播報(bào)功能。所以選擇采用 128*64 液晶模塊。 LED 一般適合做大屏幕的顯示設(shè)備，最突出的有點(diǎn)那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如顯色性、對(duì)比度等都不如 CRT 顯示器。優(yōu)點(diǎn)是顏色視覺效果好，視角寬，可靠性高，便宜；缺點(diǎn)是體積大耗電多，有微量的 X 射7 線輻射?？梢宰鲲@示器的有： LED,LCD,CRT 等。適當(dāng)更改電容 CS的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率 40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路 (如圖 23)。 機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏 度低。 靈敏度 。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時(shí)間地工作而不失效。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括： 工作頻率。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。由于超聲波在空氣傳播時(shí)會(huì)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(cè)量時(shí)應(yīng)選擇高頻率的傳感器，而長距離測(cè)量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器。 測(cè)距儀的分辨率取決于對(duì)超聲波傳感器的選擇。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)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(jì)；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(cè)距儀。本課題屬于近距離測(cè)量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)總體框圖如圖所示 。本超聲波測(cè)距儀的具體工作過程如下， 單片機(jī)控制的振蕩源產(chǎn)生 40kHz的頻率信號(hào)來驅(qū)動(dòng)超聲傳感器 。 利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)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 。語音播