【正文】 寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。 DS18B20的主要特性l 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊l 簡單的多點分布應用 l 無需外部器件l 可通過數(shù)據(jù)線供電 l 零待機功耗 l 測溫范圍55℃～+125℃。 溫度傳感器模塊 DS18B20實物圖與引腳定義 DS18B20實物圖DS18B20各引腳描述：管腳號符號功 能1GND電源地2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出3VDD電源可選 DS18B20管腳描述DS18B20數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值，通過一根單線接口發(fā)送和接收信息，因此在單片機和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。放大后的交流信號送入比較器后輸出一個方波信號，并使觸發(fā)器觸發(fā)，向CPU發(fā)出中斷請求。將接收到的波形經(jīng)過整形、積分、檢波、濾波和限幅放大等實現(xiàn)接收超聲波的功能。 發(fā)射電路的設計超聲波傳感器的發(fā)射電路主要由方波發(fā)生芯片，40kHz的晶振和MAX232芯片構(gòu)成，單片機給方波發(fā)生芯片觸發(fā)信號后，方波發(fā)生芯片開始工作，產(chǎn)生40kHz的方波信號，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動振蕩器的高電壓，進而產(chǎn)生所需的40kHz的超聲波。采用I/O觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號，模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波，并自動檢測是否有信號返回，當接收到回波時，通過I/O輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間t就是超聲波從發(fā)射到返回的時間,測試距離s=(t*v)/2。l 高精度：可達3mm。l 感應角度：不大于15度。l 工作靜態(tài)電流：小于2mA。 超聲波傳感器電路模塊HCSR04超聲波傳感器模塊可提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。因為顯示只需要將距離顯示出來就可以了，所以顯示部分選擇了四只共陽數(shù)碼管?？刂坪诵牟糠诌x擇實用的STC89C51單片機即可滿足計算和控制要求。最后通過4個共陽數(shù)碼管將待測距離顯示出來。第二章 總體設計 系統(tǒng)框圖 本設計超聲波傳感器使用HCSR04，溫度傳感器使用DS18B20，微處理器使用STC89C51單片機，顯示部分采用共陽數(shù)碼管。(2) 設計制作單片機系統(tǒng)，帶有數(shù)碼管顯示電路。最后通過數(shù)碼管模塊將待測距離顯示出來。本文針對國內(nèi)外超聲波測距研究開發(fā)的狀況，研制了一種低成本、精度較高的基于STC89C51單片機的超聲波測距儀。近年來得益于電子技術的快速發(fā)展，尤其是單片微機技術的應用和擴展，使得原來復雜的超聲物位測量儀的設計有了大幅簡化的可能，如采用zilog公司Z86E08單片機控制的超聲波測距數(shù)顯裝置，以8098單片機為核心的智能物位測量儀等，從而使得超聲物位測量儀的應用得到更多的普及。因此，研制開發(fā)一種穩(wěn)定性好、靈敏度高、具有一定精度，且使用簡單、成本低廉、易于大批量生產(chǎn)的超聲波測距儀對于滿足現(xiàn)階段的大量需求和未來這一領域的研究都具有重要的現(xiàn)實意義。在機械制造、電子冶金、航海、宇航、石油化工等工業(yè)領域也有廣泛地應用。超聲波的這些獨特優(yōu)點越來越受到人們的重視。第一章 緒論 選題背景與意義超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇，可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點，利用計算超聲波在發(fā)送端和接收端之間的傳輸時間和聲速來測量距離，對被測目標無損害。第四章，本設計的軟件部分，包括系統(tǒng)軟件的設計流程圖、DS18B20驅(qū)動模塊、數(shù)碼管顯示和聲速的計算。第二章，總體設計，包括系統(tǒng)框圖和設計要求。最后通過數(shù)碼管模塊將待測距離顯示出來。本設計的測距儀分為多個模塊，超聲波傳感器模塊、溫度測量模塊、微處理器模塊和數(shù)碼管顯示模塊。 DS18B20.前言實際生產(chǎn)生活中，人們往往需要對物體間的距離進行精確測量。AbstractWith the rapid development of science and technology, the scope of application of ultrasound in the production and everyday life is wider. At present, what is the most mon to our life in the application of ultrasound is the distance measurement. Ultrasonic distance measurement is mainly used in reversing reminder, construction sites, industrial sites, and other distance measurement. This paper designed a ultrasonic range finder based on STC89C51. the instrument treats the speed of ultrasonic propagation in the air as the known conditions, using the reflected ultrasonic measurement testing distance. This design uses ultrasonic sensor HCSR04 emission ultrasonic and receiving the echo statistics ultrasonic transmission time, using the STC89C51 as the control core. Combined with the collected temperature information which will be the speed of sound corresponding pensation. And calculate the distance. Finally, the measured distance information will be displayed by 4 digital tube. According to the result, this design reach the expected requirements, the ultrasonic range finder based on the STC89C51 can be achieved.Key words: STC89C51。根據(jù)結(jié)果顯示，該設計達到了預期要求，基于STC89C51單片機的超聲波測距儀可以實現(xiàn)。該儀器以空氣中超聲波的傳播速度為已知條件，利用反射超聲波測量待測距離。超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量。目 錄摘要 1前言 3第一章 緒論 4 選題背景與意義 4 研究現(xiàn)狀 4 研究內(nèi)容 5第二章 總體設計 6 系統(tǒng)框圖 6 超聲波測距儀設計要求 6 使用元件選擇 6第三章 系統(tǒng)硬件設計 7 超聲波傳感器電路模塊 7 HCSR04實物圖 7 HCSR04的主要技術參數(shù) 7 HCSR04內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理 8 發(fā)射電路的設計 8 接收電路的設計 8 溫度傳感器模塊 9 DS18B20實物圖與引腳定義 9 DS18B20的主要特性 10 DS18B20的工作原理 10 數(shù)碼管顯示模塊 11 七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與工作原理 11 七段數(shù)碼管的驅(qū)動和顯示方法 11 STC單片機最小系統(tǒng)模塊................................13 STC89C51單片機最小系統(tǒng)..........................13 STC89C51單片機的主要特性........................13第四章 系統(tǒng)軟件設計 15 系統(tǒng)軟件總設計 15 傳播時間的獲取 16 DS18B20對溫度的補償 17 21第五章 總結(jié)與分析 22參考文獻 23致謝 24附錄 25摘 要 隨著科學技術的飛速發(fā)展，超聲波在生產(chǎn)生活中的應用范圍越來越廣。目前，離我們生活最近的超聲波應用就是測距。本論文設計了一種基于STC89C51單片機的超聲波測距儀。本設計利用超聲波傳感器HCSR04發(fā)射超聲波并接收回波的方式統(tǒng)計超聲波傳輸?shù)臅r間，采用STC89C51單片機作為控制核心，結(jié)合溫度傳感器DS18B20采集的溫度信息將聲速做相應的補償，并計算出距離，最后通過4位數(shù)碼管將所測距離信息顯示出來。關鍵詞：STC89C51； 超聲波傳感器； DS18B20。 ultrasonic sensor。本論文設計了一個可以實時看到距離的超聲波測距儀，測距精度為2cm，最遠距離可以達到2m。超聲波傳感器中的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，遇到障礙物返回，并被接收電路模塊接收到，單片機統(tǒng)計出聲波傳輸所用時間，結(jié)合溫度傳感器所測溫度，計算出實時的聲速并得到正確的待測距離。以下為章節(jié)安排：第一章，提出了本論文的背景和選題意義，國內(nèi)外超聲波測距儀的發(fā)展現(xiàn)狀以及本設計研究的主要內(nèi)容。第三章，本設計的硬件部分，包括超聲波傳感器電路模塊、溫度傳感器模塊、微處理器模塊和數(shù)碼管顯示電路模塊。第五章，總結(jié)分析。而且超聲波傳播速度在很大范圍內(nèi)與頻率無關。 目前對于超聲波精確測距的需求也越來越大，比如油庫和水箱液面的精確測量和控制，汽車輔助泊位系統(tǒng)的應用，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機械內(nèi)部損傷的檢測等。此外，在材料科學、醫(yī)學、生物科學等領域中也占具重要地位。 研究現(xiàn)狀國內(nèi)從五十年代起對超聲波測距進行了較多的研究，并取得了可喜的成果。近十年來，國內(nèi)外科研人員在超聲波回波信號處理方法、新型超聲波換能器研發(fā)、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面進行了大量理論分析和研究，并針對超聲測距的常見影響因素提出了溫度補償，接收回來串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。 研究內(nèi)容該超聲波測距儀中的超聲波傳感器HCSR04中的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，遇到障礙物返回，并被接收電路模塊接收到，STC89C51單片機統(tǒng)計出聲波傳輸所用時間，結(jié)合溫度傳感器DS18B20所測溫度，計算出實時的聲速并得到正確的待測距離。該超聲波測距儀的設計要求如下：(1) 設計制作超聲波發(fā)射和接收電路。(3) 編寫單片機程序，計算和顯示距離。超聲波傳感器HCSR04中集成的發(fā)射電路模塊發(fā)出超聲波，遇到障礙物返回，最后被接收電路模塊接收，STC89C51單片機統(tǒng)計出聲波傳輸所用時間，結(jié)合溫度傳感器DS18B20所測溫度，計算出實時的聲速并得到正確的待測距離。超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路顯示電路單片機電路電源電路 系統(tǒng)基本框圖 使用元件選擇由于測量距離的精度和長度要求不是很高，精度達到2cm，測量距離達到2m即可，因此超聲波傳感器選用價格低廉且實用的HCSR04即可。用于溫度補償?shù)臏囟葌鞲衅鬟x擇普遍且實用的DS18B20。第三章 系統(tǒng)硬件設計 該超聲波測距系統(tǒng)硬件設計包括以下模塊：超聲波傳感器電路模塊、微處理器模塊、溫度傳感器模塊和數(shù)碼管顯示電路模塊。 HCSR04實物圖 HCSR04超聲波模塊實物圖 HCSR04的主要技術參數(shù)l 所用工作電壓：直流5V電壓。l 電平輸出：高電平為5V，低電平為0V。l 探測距離及精度：2cm450cm。 HCSR04內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理 HCSR04發(fā)射電路圖 HCSR04接收電路圖該超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路工作原理如圖所示，該傳感器主要包括兩大部分：發(fā)射電路和接收電路。v是超聲波在空氣中傳播的速度。 接收電路的設計本設計中選用的TL740C芯片采用了前置放大電路+帶通濾波電路+后級放大電路。當距離較遠時，回波信號會非常微弱，轉(zhuǎn)換后的信號電平幅值很小，故要經(jīng)過若干級放大，使輸出功率達到一定要求，并且為了防止信號出現(xiàn)較大的失真，接收電路可以保證有4MHz的帶寬。在中斷服務程序中，讀取計數(shù)器的計數(shù)值，結(jié)合溫度補償后的聲速計算出測距儀距離障礙物的距離。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。華氏器件67℉～+257℉，℉遞增l 溫度以9位數(shù)字量讀出l 溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms（典型值） l 用戶可定義的非易失性溫度報警設置l 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件l 應用包括溫度控制工業(yè)系統(tǒng)消費品溫度計或任何熱感測系統(tǒng) DS18B20的工作原理 DS18B20測溫原理，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。 數(shù)碼管顯示模塊 七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)與工作原理七段數(shù)碼管一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光