【正文】 因此在測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井、液位檢測、機(jī)械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣闊的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：超聲波；AT89S52；數(shù)碼管；測距；2目 錄1．設(shè)計背景 6 超聲波測距的實(shí)際應(yīng)用背景 6 超聲波測距的專業(yè)知識背景 62．設(shè)計方案 7 方案 討論 7 方案論證 73．方案實(shí)施 7 硬 件設(shè)計 7 AT89S52 外圍 電路 設(shè)計 8 系統(tǒng)電源電路設(shè)計 9 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 9 超聲波發(fā)射 10 超聲 波接收 12 軟件部分 13 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明 13 編程語言的選擇 14 超聲波測距儀的算法設(shè)計 14 主程序 流程圖 15 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 16 系 統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 165．收獲與 致謝 183 收獲 18 致謝 1841．設(shè)計背景 超聲波測距的實(shí)際應(yīng)用背景超聲波測距是一種非接觸的檢測方式，與其他方式相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被檢測對象顏色等影響。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個功能模塊。整個程序采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。設(shè)計的超聲波測距器利用超聲波傳輸中距離與時間的關(guān)系，采用以 AT89S52 單片機(jī)為核心進(jìn)行控制及數(shù)據(jù)處理，最終完成低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距器的硬件電路和軟件設(shè)計。智能型汽車防撞報警器的設(shè)計摘 要：由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到日常使用的要求。該測距器主要由超聲波發(fā)射器電路、超聲波接收器電路、單片機(jī)控制電路、系統(tǒng)電源電路及顯示電路構(gòu)成。各探頭的信號經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測距器的各種功能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級，可應(yīng)用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，還能有效地解決汽車倒車，液位、水深、管道長度的測量問題。對于被側(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢。利 用 超聲 波 檢 測 往 往 比 較 迅 速 、 方 便 、 計 算 簡 單 、 易 于 做 到 實(shí) 時 控 制 ， 并 且 在 測 量 精 度 方面 能 達(dá) 到 工 業(yè) 實(shí) 用 的 要 求 。利用超聲波測距，在許多方面有很多優(yōu)勢。 超聲波測距的專業(yè)知識背景超 聲 波 傳 感 器 的 工 作 原 理 是 陶 瓷 的 壓 電 效 應(yīng) 。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時?；镜臏y距公式為：L=(△T/2)*V 式中 L——被測距離；△T——發(fā)射波和反射波之間的時間間隔；V——超聲波在空氣中的聲速，常溫下取為 340m/s 。 為 測 試 更 精 確 ， 鑒 于 聲波 受 溫 度 影 響 最 大 ， 測 距 數(shù) 據(jù) 處 理 過 程 可 以 采 用 了 溫 度 補(bǔ) 償 ， 以 提 高 測 量 精 度 。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀。 超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。它們所產(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。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，本文采用 AT89S52 單片機(jī)作為控制器，用動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn) LED 數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時器。A T 8 9 S 5 2 超聲波接收 超聲波發(fā)送L E D 顯示掃描驅(qū)動掃描驅(qū)動圖 超聲波測距器系統(tǒng)設(shè)計框圖 方案論證測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。由于超聲波在空氣中傳播時會有相當(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，故短距離測量時應(yīng)選擇頻率高的傳感器，而長距離的測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。單片機(jī)采用 AT89S52，采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得穩(wěn)定時鐘6頻率，減小測量誤差。顯示電路采用簡單實(shí)用的 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，位碼用 PNP 三極管 9013 驅(qū)動。單片機(jī)外圍需要一個復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。該設(shè)計在電源電壓瞬間下降時可以使電容迅速放電，可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。10UFC310KR1S1VCCRST上上上上 112MC130pC230pXTAL2XTAL1上 上 上 上圖 復(fù)位電路圖 圖 時鐘電路AT89S52 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。如果使用石英晶體,電容應(yīng)該使用 30pF 10pF。這種情況下,外部時鐘脈沖接 XTAL1 端,即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端, XTAL2 應(yīng)懸空。電路如圖 所示。 如 圖 所 示 。 所 以 本 設(shè) 計 中 電源部分通過電源插口從外界變壓器直接接入交流， 利 用 電 路 中 橋 堆 整 流 、 電 容 濾 波 、穩(wěn) 壓 模 塊 的 穩(wěn) 壓 功 能 給 電 路 提 供 穩(wěn) 定 的 +5V 電 壓 ， 使 電 路 的 工 作 保 持 很 高 的 可 靠 性 。如圖 所示。 八段數(shù)碼顯示管有兩種，一種是共陽數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陰極相連接的發(fā)光二極管組成。數(shù)碼管顯示及其驅(qū)動電路 如 圖 所 示 。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在 4 個因素：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。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計方法。測距系統(tǒng)中的超聲波傳感器采用壓電陶瓷傳感器，因?yàn)槌暡ㄔ诳諝庵袀鞑r衰減很大，衰減的程度與頻率成正比，但是頻率越高則分辨力也會越高，頻率為 40kHz9左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，工作所需 40kHz 的脈沖信號，由單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序來產(chǎn)生。中斷服務(wù)不能過長，如果過長單片機(jī)在前一個中斷服務(wù)程序還沒執(zhí)行完之前又會有下一個中斷產(chǎn)生。測距系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分組成。超聲波發(fā)射電路原理圖如圖 所示。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。12U1AHCC4069UBF34U1BHCC4069UBF10 11U1EHCC4069UBF12 13U1FHCC4069UBF56U1CHCC4069UBF8 9U1DHCC4069UBFT1KR8Res21KR6VCCVCC102C11104C1010ufC12P30上上上上上上上圖 超聲波發(fā)射電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲10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，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。 超聲波接收集成電路 CX20226A 是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器。實(shí)驗(yàn)證明用 CX20226A 接收超聲波(無信號時輸出高