【正文】 度，與攝氏溫度的關(guān)系是T=273K+tM——氣體相對分子質(zhì)量，空氣為kg/mol——0℃時的聲波速度，由上式可見，溫度是超聲波在空氣中傳播時影響最大的因素，由表達式可計算出波速與溫度之間的關(guān)系。因此，需要測量的精度較高的時候，進行溫度補償是最有效的措施。 超聲波傳播速度與溫度關(guān)系表項目數(shù)值溫度3020100102030405060100聲速/(ms)313319325332338344350356361367388第3章 方案論證 設(shè)計思路 有許多種測量距離的方法，如果是短距離的話可以用尺，遠距離可以使用激光測距等，高精度中長距離的測量則可以使用超聲波測距。目前比較普遍的測量距離原理：通過發(fā)射具有特征頻率的超聲波對被攝目標進行的探測，通過發(fā)射出特征頻率的超聲波和接收到反射回特征頻率的超聲波所用的時間，換算出距離，如超聲波液位物位傳感器，超聲波探頭，適合需要非接觸測量場合，有超聲波測厚，超聲波汽車測距報警裝置等。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到要求。在目前我國的超聲波測距的專用集成電路中都是只有到達厘米級別的測量精度，但是在精密的液體測量中往往都需要毫米級別的測量精度。目前超聲波測距已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)一般使用專用集成電路根據(jù)超聲波測距原理設(shè)計各種測距儀器，但是專用集成電路的成本花費較高并且功能較為單一。以8051為內(nèi)核的單片機系列，其硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件齊全、功能強等特點。所以，8051是雙CPU的單片機。根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89S52單片機作為主控制器，它控制發(fā)射觸發(fā)脈沖的開始時間及脈寬，響應(yīng)回波時刻并測量、計數(shù)發(fā)射至往返的時間差。一旦探頭接到回波，若接收到的信號頻率等于振蕩器的固有頻率（此頻率主要由RC值決定），則其輸出引腳的電平將從“1”變?yōu)椤?”（此時鎖相環(huán)已進入鎖定狀態(tài)），這種電平變化可以作為單片機對接收探頭的接收情況進行實時監(jiān)控。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)主要功能包括：超聲波的發(fā)射、接收，并根據(jù)計時時間計算測量距離；檢測空氣溫度用于距離計算的補償；LCD顯示器顯示距離、溫度；語音系統(tǒng)播報測量距離；鍵盤接收用戶命令并處理； 單 片 機ISD1420語音系統(tǒng)LCD1602顯示系統(tǒng)超聲波HYSRF05溫度傳感器 按鍵 超聲波測距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第4章 硬件電路設(shè)計 單片機AT89S52單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。AT89S52即能按照正常的方法進行編程，也可在線進行編程。（1）主電源引腳GND——第20腳，電路接地電平。（2）時鐘源XTAL1——第19腳，一般外接晶振的一個引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸入端口。XTAL2——第18腳，接外部晶振的另一個引腳，它是片內(nèi)反相放大器的輸出端口。 AT89S52引腳圖（3）控制、選通或復用RST/VPD——第9腳，RESET復位信號輸入端口。在VCC掉電期間，此引腳(即VPD)可接通備用電源，以保持片內(nèi)RAM信息不受破壞。當單片機進行訪問其外部存儲器的同時，則ALE信號地負跳變會把P0口上的低8位地址傳送到鎖存器。需要注意的問題是：每次訪問外部存儲器的時候會躍過一個ALE脈沖?！?9腳，外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在此期間，當進行訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。如果使CPU訪問其外部程序存儲器（地址0000HFFFFH），則端將必須為低電平（接地）。當Flash存儲器進行編程時，其引腳需加+12V地編程允許的電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。當作輸出口使用的時候，每一位能夠吸收電流地方式來驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，如端口寫“1”可當作為高阻抗的輸入端用。P1口——第1~8腳，具有內(nèi)部的上拉電阻的8位準雙向I/O端口。P2口——第21~28腳，具有內(nèi)部的上拉電阻的8位準雙向I/O端口。P3口——第10~17腳，具有內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。模塊包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器與控制電路。(2)模塊自動發(fā)送8個40KHZ的方波，自動檢測是否有信號返回；(3)有信號返回，通過I0口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波發(fā)射返回的時間。 模塊參數(shù)電氣參數(shù)HYSRF05超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠射程最近射程2cm測量角度15176。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離：距離=高電平時間*聲速（340m/s）/2為防止發(fā)射信號對回響信號的影響，測量周期一般要60ms以上。熱敏元件的品種比較多，市場上可見的有銅熱電阻、鉑熱電阻、雙金屬片、半導體熱敏電阻和熱電偶等。半導體熱敏電阻按溫度特性可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（電阻隨溫度上升而增加）和負溫度系數(shù)熱敏電阻（電阻隨溫度上升而下降）。DS18B20是采用專門設(shè)計的不銹鋼外殼，具有很小的蓄熱量，采用導熱性高的密封膠，保證了溫度傳感器的高靈敏性，具有極小的溫度延遲。C～+125176。C范圍內(nèi),精度為177。C。DS18B20采用3腳PR35封裝?！?；（6）無需外部元件，獨特的一線接口，電源和信號復合在一起；（7）每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。它由若干個或者等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。 LCD1602引腳圖第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，電平(0)時進行寫操作。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。15腳背光正極，16腳背光負極。一個最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進入EEPROM存儲器。不僅語音質(zhì)量優(yōu)勝，而且斷電語音保護。 電特性（1）工作電壓：5V（2）靜態(tài)電流：，最大值2μA（3）工作電流：典型值15mA，最大值30mA（16歐姆） ISD1420引腳功能。 ISD1420管腳功能名稱管腳功能名稱管腳功能A0~A51~6地址Ana Out21模擬輸出AA710地址(MSB)Ana In20模擬輸入VCCD28數(shù)字電路電源AGC19自動增益控制VCCA16模擬電路電源Mic17麥克風輸入VSSD12數(shù)字地Mic Ref18麥克風參考輸入VSSA13模擬地PLAYE24放音，邊沿觸發(fā)SP+、115喇叭輸出+、REC27錄音XCLK26外接定時器(可選)RECLED25發(fā)光二極管接口NC11空腳PLAYL23放音，電平觸發(fā) ISD1420語音電路ISD1420系列內(nèi)置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。因為操作模式和直接尋址互相排斥。使用操作模式有兩點注意：（1）所有操作最初都是從0地址，即存儲空間的起始端開始。此外，A4模式中，當電路由錄轉(zhuǎn)為放時地址計數(shù)器復位為0，而由放轉(zhuǎn)為錄則不復位。這種操作模式一直有效，除非控制信號再次由高變低，芯片重新鎖存當前的地址/模式端電平，然后執(zhí)行相應(yīng)操作。當駕駛者倒車時，主程序開始初始化，調(diào)用各個子程序出來，并且顯示與語音播報。 超聲波測距子程序在超聲波測距過程中主要利用到了定時計數(shù)器0，采用工作方式1，當啟動定時計數(shù)器后，低8位每個機器周期自加一。否是否是開始觸發(fā)高電平15us回響端是否為1開啟定時器回響端是否為0關(guān)閉定時器計算距離結(jié)束 超聲波測距流程圖超聲波測距函數(shù)即是一個測量時間函數(shù)，當啟動測量函數(shù)時，直到為高電平為止，啟動定時器，直到為低電平為止，關(guān)閉定時器，即是得到了超聲波傳播時間，根據(jù)超聲波測距原理，將傳播時間轉(zhuǎn)換為距離，即完成了一次超聲波測距。開始溫度初始化啟動溫度轉(zhuǎn)換延遲500us溫度初始化寫入讀溫度讀取溫度計算真實溫度返回溫度 測溫流程圖當開始讀取溫度時，首先對溫度傳感器進行初始化，寫入跳過讀序號列號操作指令（0xCC），啟動溫度轉(zhuǎn)換指令（0xCC），等待400us，傳感器初始化，寫入跳過讀序號列號操作指令（0xCC），讀取溫度寄存器指令（0xBE），分別讀取溫度低八位和高八位，并且兩字節(jié)合成一個整型變量得到真實十進制溫度值，并返回擴大后的溫度。（1）檢查印制板的印制線是否有斷路，是否有毛刺，是否與其它線或是焊盤粘連，焊盤是否有脫落，過孔是否有未金屬化現(xiàn)象等等。再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，如有再仔細檢查出并排除。 （3）電路接通電源后，用手摸一下芯片是否發(fā)熱，如果發(fā)熱，立即關(guān)掉電源，稍后再進行再次檢測；如果沒有發(fā)熱，再測試芯片的VCC端電壓是否達到設(shè)計要求，接地端是否都接地。寫好程序后，不要立刻燒入單片機，先對紙面上的程序進行人工檢查。（2）人工檢查無誤后，上機調(diào)試。應(yīng)當注意的是：有的提示出錯行并不是真正出錯的行，如果在提示出錯的行上找不到錯誤的話，則應(yīng)該到上行再找。采用的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨調(diào)好每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。如不能正常工作，則繼續(xù)檢查程序中的相應(yīng)模塊，必要時從上到下重新檢查程序。在原理上講，超聲波測距有脈沖回波法、共振法和頻差法。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。（1）溫度對超聲波波速的影響超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響。（2）超聲波回波聲強影響超聲波回波聲強與被測物得距離有由直接的關(guān)系，在進行實際的測量時，第一個回波不一定是第一個過零點觸發(fā)。（3）電路本身影響電路硬件和軟件本身存在一定的缺陷，因此會造成測量誤差，主要表現(xiàn)為：①啟動發(fā)射和啟動計時之間的偏差。但只要指令速度足夠快，其偏差可以忽略。這是源于檢測電路的靈敏度和判斷偏差，從收到實際回波到電路確認并輸出相應(yīng)信號肯定存在滯后，這和回波信號強弱、檢測電路原理以及判斷電路的敏感性相關(guān)，也是超聲波測距的核心。這是源于單片機的中斷機制。但這個因素可以通過提高單片機速度，使用高優(yōu)先級中斷。這是源于計時器的本身。