【正文】 345678U4C X 2 01 0 6AK1R X ( S )+ C 1 41 0U F+ C 1 21 0U FC 1 51 04 P FC 1 14 70 U FC 1 33 30 P FR 1 94 . 7 KR 2 02 00 KR 2 12 00 K+5P 3. 2 探測(cè)電路的設(shè)計(jì) 物體探測(cè)電路可以用光電傳感器來(lái)制作。 本設(shè)計(jì)的顯示電路采用 8個(gè)共陽(yáng)極 LED四位數(shù)碼管，位碼用 PNP三極管驅(qū)動(dòng)。在輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余暉效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。采用動(dòng)態(tài)掃描軟件譯碼的方式大大簡(jiǎn)化了硬件電路就夠，降低系統(tǒng)成本。由于單片機(jī)本身具有較強(qiáng)的邏輯 控制能力，所以采用動(dòng)態(tài)掃描軟件譯碼并不復(fù)雜。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)在發(fā)送新的數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示中，每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的 I/O 接口，該接口用于筆劃段字型代碼。 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制 LED,直到下次顯示是再傳送一次新的數(shù)據(jù)。 共陰極 LED數(shù)碼管顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱(chēng)為位選段），因此稱(chēng)為供陰極 LED 數(shù)碼顯示器， 8 個(gè)數(shù)碼管的另一端通常稱(chēng)為段選段，當(dāng)顯示器的公共端接低電平，某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極接高電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮；而共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示管事將二極管的陽(yáng)極連接在一起，形成共陽(yáng)極 LED數(shù)碼顯示塊的公共端，愛(ài)公共端必須接高電平，同理在共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼顯示塊中如某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。 測(cè)距顯示電路的設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由 8 個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二極管組成：另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由 8 個(gè)陰極相連接的發(fā)光二 極管組成。限制的最大可測(cè)距離存在四個(gè)因素：超聲波的幅度，反射面得質(zhì)地，反射面和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。超聲波測(cè)距離可測(cè)出回波和發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔，利用 s=ct/2就可以算出距離，在從 LED上顯示。超聲波接收換能器將接收到的障礙物反射的超聲波送到放大器進(jìn)行放大，這是一個(gè)高增益、低噪聲放大器，在對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行檢波后將檢測(cè)回波送到比較器的正輸入端。在發(fā)射的同時(shí)，輸出一個(gè)高電平啟動(dòng)，進(jìn)行充電。 基于 51 單片機(jī)超聲波測(cè)距儀 第 9 頁(yè) 共 25 頁(yè) 本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LES 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器來(lái)完成，超聲波測(cè)距儀的系統(tǒng)原理圖如圖所示。超聲波傳感器的符號(hào) (1)及等效電路 (2)如圖所示 33 (1) (2) 超聲波傳感器的帶寬較窄，大部分在標(biāo)稱(chēng)頻率附近使用，為此，要采用措施擴(kuò)展頻帶，比 如，接入電感等。 本設(shè)計(jì)綜合考慮了測(cè)量條件、傳感器的 性能和傳感器的使用條件三個(gè)方面，選用了MA40S2R 接收器和 MA40S2S 發(fā)送器。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。按照 Gopel 等說(shuō)法是：傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件。 基于 51 單片機(jī)超聲波測(cè)距儀 第 8 頁(yè) 共 25 頁(yè) 傳感 器的選取 1 廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種吧物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1口管腳寫(xiě)入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 GND：接地。低功耗的閑置和掉電模式 5個(gè)中斷源 32可編程 I/O線(xiàn) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 4K字節(jié)可編程閃爍 存儲(chǔ)器 外形及引腳排列如圖所示 主要特性： 由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。 芯片 AT89C51介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)?？偹苤暡▊鞑サ木嚯x s、速度 c及傳播時(shí)間 t 之間的關(guān)系為： s=c*t。在單片機(jī)編碼發(fā)送完畢后，即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖 發(fā)生器；當(dāng)接收一定時(shí)間后在轉(zhuǎn)如發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼事，同時(shí)關(guān)閉接收放大器。接收到的超聲波反射信號(hào)經(jīng)超聲波換能器轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)后，送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過(guò)距離顯示器顯示測(cè)得的距離。單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個(gè)周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈沖序列，來(lái)自單片機(jī)的白你媽信號(hào)對(duì)脈沖序列進(jìn)行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過(guò)超聲波換能器發(fā)射超聲波。 利用超聲波測(cè)距原理，整個(gè)系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收、 51 單片機(jī)系統(tǒng)和距離顯示等設(shè)備組成。超申博發(fā)生器可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 由于超聲波指向性很強(qiáng)，能量消耗的慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。如果環(huán)境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。如果測(cè)距精度要求很高，則可通過(guò)改變硬件電路增加溫度補(bǔ)償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下同過(guò)軟件改進(jìn)的算法的方法來(lái)加以校正，為了減小電路的復(fù)雜性、提高電路的穩(wěn)定性。 由于產(chǎn)生波也是一種聲波，其聲速 C 與空氣溫度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加 /秒。一般采用渡越時(shí)間法：即 S=CT/2，其中 S 為測(cè)量點(diǎn)與被測(cè)物體之間的距離。 超聲波測(cè)距的原理 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF（ time of flight）。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，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是，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。他們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同、目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。日本、美國(guó)和歐洲等各大汽車(chē)公司都已投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力開(kāi)發(fā)在高級(jí)汽車(chē)上使 用的防撞與安全預(yù)警系統(tǒng)，包括毫米雷達(dá)、 CCD攝像機(jī)、 GPS、和高檔微機(jī)等。超聲波傳感器以其價(jià)格低廉、硬件容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用用作測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)定位以及環(huán)境建模。 超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。 3超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。 超聲波 的特點(diǎn) 基于 51 單片機(jī)超聲波測(cè)距儀 第 4 頁(yè) 共 25 頁(yè) 1超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。 4超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。 2超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。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(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。超聲波是聲波大家族中的一員。 超聲波是指振動(dòng)頻率大于 20210Hz以上的 ,其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限（ 20210Hz），人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn) 動(dòng)。 系統(tǒng)組成的設(shè)計(jì)：各部分硬件的選取很有講究，要十分合理。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距儀，可以應(yīng)用于很多場(chǎng)合。接收換能器對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。當(dāng)然還可以設(shè)置若干個(gè)鍵，以用來(lái)控制電路的工作狀態(tài)。超聲波；傳感器；單片機(jī) 摘要 ************************************************************************** 第一章 概述 設(shè)計(jì)的思路 ********************************************************** 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) **************************************************** 基于 51 單片機(jī)超聲波測(cè)距儀 第 2 頁(yè) 共 25 頁(yè) 第二章 超聲波的劇的原理 ****************************************************** ********************************************************* 什么是超聲波 ************************************************** 超聲波德特性與特點(diǎn) ******************************************** 超聲波的應(yīng)用 ************************************************** 超聲波測(cè)距儀的原理 *************************************************** ． 1超聲波發(fā)生器 ************************************************** ****