【正文】 器了。 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力 。發(fā)生電路主要由反向器 74LS04 和超聲波發(fā)射換能器 T 構(gòu)成，單片機(jī) 端口輸出的 40KMz 方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。顯示電路采用簡單實用的 4 位共陽LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動，位碼用 PNP 三極管 8550 驅(qū)動。采用 12MHZ 高 精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 硬件電路主要分為單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。實際情況下，溫度每上升或者下降 1oC, 聲速將增加或者減少 /s ，這個影響對于較高精度的測量是相當(dāng)嚴(yán)重的。工程上常用的由氣溫估算當(dāng)?shù)芈曀俚墓饺缦拢? ? ? ?0C C 1 T 273 3 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 式中 C0=； T—— 為絕對溫度 ,單位 K 。 (2) 當(dāng)?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當(dāng)?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比收發(fā)時間的影響嚴(yán)重。 設(shè)測量設(shè)備基準(zhǔn)面距被測物距離為 h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為： ? ? ? ? ? ???? kh t + k t e t + k t20A A c o s A c o s??? 1 由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。 這樣可以求出距離 ： S=C(T1T2)/2 超聲波測距誤差分析 (1) 發(fā)射接收時間對測量精度的影響分析 采用 TR40 壓電超聲波傳感器 ，脈沖發(fā)射由單片機(jī)控制，發(fā)射頻率 40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。聲速 確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離 。在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。 超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 31所示。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標(biāo)的距離就可以精確地計算出來。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 3 理論分析與計算 測量與控制方法 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。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 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， 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 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉 的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 AT89C51 的主要特性如下： 壽命達(dá) 1000 寫 /擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz； 三級程序存儲器鎖定； 128 * 8 位內(nèi)部 RAM； 32 可編程 I/O 線； 2個 16 位定時器 /計數(shù)器； 5個中斷源； 可編程串行通道； 低功耗閑置和掉電模式； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 AT89C51 引腳排列如圖 1所示，引腳功能如下 圖 21所示 ： 圖 21AT89C51引腳圖 VCC(40):+5V. GND(20):接地。該單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 型機(jī)的指令集和輸出引腳兼容。因此， 單片機(jī)的設(shè)計應(yīng)包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分 。硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對其合理的調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的基礎(chǔ)。電氣方式包括壓電型、電動型；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等，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，目前在近距離測量方面較為常用的是壓電式超聲波換能器。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也比較簡單，并且在測量精度方面也能達(dá)到日常使用的要求。 本系統(tǒng)的一個亮點就是利用超聲波測量距離， 超聲波 具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點，而且超聲波傳播速度在相當(dāng)大范圍內(nèi)與頻率無關(guān) 。 研究內(nèi)容 超聲波測距儀主要以單片機(jī) AT89C51 為核心 ， 其發(fā)射器是利用壓電晶體的諧振帶動周圍空氣振動來工作的 .超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲 波 ， 在發(fā)射的同時開始計時 ，超聲波在空氣中傳播 ， 途中碰到障礙物就立即返回來 ， 超聲波接收器接收到反射波就立即停止計時 。在機(jī)械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。超聲波的這些獨特優(yōu)點越來越受到人們的重視。 超聲波可用于非接觸測量，具有不受光、電磁波以及粉塵等外界因素的干擾的優(yōu)點，是利用計算超聲波在被測物體和超聲波探頭之間的傳輸來測量距 離的，對被測目標(biāo)無損害。還有在很多要求實時測距的情況下，傳統(tǒng)的測距方法也很難完成測量的任務(wù)。 超聲探頭接收的 信號經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理 后 ，實現(xiàn) 了 超聲波測距儀的各種功能。 本 文介紹了 基于 AT89C51 單片機(jī)的超聲波測距儀的軟硬件設(shè)計， 整個 系統(tǒng)分為單片機(jī)控制模塊、發(fā)射模塊和接收模塊組成。 圖 書 分類號： 密 級： 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 基于 AT89C51 單片機(jī)超聲波測距 儀的設(shè)計 BASED ON AT89C51 ULTRASONIC RANGEFINDER DESIGN 學(xué)生姓名 嚴(yán)海波 學(xué)院名稱 信電工程學(xué)院 專業(yè)名稱 電子信息工程技術(shù) 指導(dǎo)教師 高玉芹 2020 年 5 月 15 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) I 摘要 超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的，其頻率在 20200Hz 以上。由于它有指向性強(qiáng)、方向性好、 傳播能量大、傳播距離較遠(yuǎn)等特點，因此常用于測量物體的距離。程序 采用模塊化設(shè)計，由主程 序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。 關(guān)鍵詞 超聲波 AT89C51 測量距離 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) II 目 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 研究背景 .............................................................. 1 研究內(nèi)容 .............................................................. 1 2 相關(guān)知識 .................................................................. 2 超聲波發(fā)生器 .......................................................... 2 .......................................................... 2 AT89C51 單片機(jī)主要特性和引腳功能 ....................................... 2 3 理論分析與計算 ............................................................ 5 ......................................................... 5 超聲波測距誤差分析 ..................................................... 6 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 .......................................................... 8 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 ................................................... 8 74LS244 的簡介 .................................................... 9 超聲波發(fā)射電路 ......................................................... 9 超聲波監(jiān)測接收電路 .................................................... 10 顯示電路原理 .......................................................... 11 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................. 12 主程序 ................................................................ 12 超聲波發(fā)生子程序和接收子程序 .......................................... 13 超聲波的接收與處理 ................................................... 13 6 單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性 ....................................................... 15 測試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性 ................................................ 15 單片機(jī)的抗干擾性 ...................................................... 15 7 軟硬件調(diào)試 ............................................................... 16 調(diào)試 .................................................................. 16 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計 .............................................. 16 8 系統(tǒng)的擴(kuò)展 ............................................................... 18 DS18B20 的簡介 ........................................................ 18 的主要特性 .................................................. 18 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ........................................... 18 DS18B20 的工作原理 ................................................. 19 DS18B20 有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件 ....................................... 19 DS18B20 與單片機(jī)的連接 ..............................................