【正文】 電壓轉(zhuǎn)換為+5V電壓，控制器選用STC12C2052單片機,單片機INT0口輸出超聲波換能器所需的40KHz方波信號,由 CX20106A紅外接收芯片和TCT4010 系列超聲波換能器來實現(xiàn)超聲波信號的接受和發(fā)射控制，經(jīng)計算，距離由顯示電路顯示，采用簡單的3位共陽極LED數(shù)碼管進行動態(tài)顯示。 電源電路原理圖本系統(tǒng)中使用到的電源包括+5V和+12V，其中+12V電壓由直流穩(wěn)壓電源提供，通過電源接頭提供給電路板。 L7805CV的外形圖這是一個三端集成穩(wěn)壓電源應用電路，整流濾波后得到的+12V電壓，在輸出端即可得到穩(wěn)定的輸出電壓+5V，為了改善紋波電壓，在輸入端接入電容C0，其值為100uF。以防輸出電壓過高，所以在輸入端和輸出端之間跨接一個保護二極管V2(IN4007)，其具體作用是在輸入端短路時使輸入端和地之間的電容C0通過二極管放電，以保護集成穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整管[6]。因此，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器，然后將變換以后的副邊電壓再去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需的直流電壓幅值。濾波器由電容電感等儲能元件組成，它的作用是盡量將單向脈動電壓中的脈動成分濾掉，輸出比較平滑的直流電壓，但當電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時，濾波器輸出的直流電壓的幅度也將隨之變化，在要求比較高的電子電路中這是不符合要求的。這個電源就是根具其基本原組成在其基礎上按實際需要和實際情況設計的[8]。 微處理器電路原理圖 微處理器的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部方式。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，建議電容使用30pF177。10pF連接方式。微處理器命名STC12系列單片機是美國STC公司在8051單片機標準的內(nèi)核結(jié)構基礎上對芯片內(nèi)核進行了較大改進后推出的一個增一強型功能的8051的單片機，具有很多很強的新功能。有32腳PLCC(27個I/0口)，28腳DIR(23個I/O口)，20腳DIP(15個I/O口).三種封裝形式，在芯片型號命名上。20代表2K字節(jié)；52代表RAM是256字節(jié)； AD表示有A/D轉(zhuǎn)換功能。圖 STC12C2052單片機引腳STC12C2052為20引腳小型封裝，2K內(nèi)部程序存儲器，15個可編程I/O線，沒有P0口和P2口的16根I/O線，內(nèi)部集成了一個模擬比較器。主電源引腳（2根）VCC(Pin20)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin10)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin5)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin4)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（1根）RST：復位引腳 可編程輸入/輸出引腳（15根）P1口： 8位準雙向I/O口線，～，共8根 P3口： 8位準雙向I/O口線，～、共7根芯片特點：增強型1T流水線/精簡指令集結(jié)構8051 CPU；工作電壓：～～；工作頻率范圍：035 MHz，相當于普通8051的0～420MHz；用戶應用程序空間512/1K/2K/3K/4K/5K字節(jié)；片上集成256字節(jié)RAM；15個通用I/O口，復位后為：準雙向口/弱上拉可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏；EEPROM功能；共2個16位定時器/計數(shù)器；PWM(2路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列）；ADC,8路8位精度；.通用異步串行口(UART)；SPI同步通信口，主模式/從模式；看門狗；內(nèi)部集成R/C振蕩器，精度要求不高時可省外部晶體；.ISP/IAP；工作溫度范圍：0～75℃/40～85℃；.封裝：PDIP20，SOP20(寬體)，TSSOP20(超小封狀)。E、在系統(tǒng)可編程,無需編程器,可遠程升級F、內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，原復位電路可以保留，也可以不用，不用時reset腳直接短到地[7 、8]。 發(fā)射電路在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的制作和調(diào)試都較為簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用超聲波傳感器TCT4010F1（T發(fā)射）和TCT4010S1（R接收），中心頻率為40KHz，安裝時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求，若將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，那可以大大提高抗干擾能力。 超聲波接收電路原理圖集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。紅外遙控常用的載波頻率為38KHz，這是由發(fā)射端所使用的455KHZ晶振來決定的。12≈≈38KHz。本設計中就是利用這一芯片來實現(xiàn)檢測接收電路，實驗證明用集成電路CX20106A接收超聲波（無信號時輸出高電平），具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。典型應用電路如圖所示,其主要功能是從40kHz紅外載波信號中，將編碼信號解調(diào)出來，并加以放大和整形,然后再送到微處理器(CPU)進行處理，以實現(xiàn)遙控操作功能。 缺點：必須保證接收到的信號為40KHz，否則無法解調(diào)出。INC1C2GND CX20106AF0C3OUTVCC CX20106引腳圖，引腳從上至下依次為8 。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。但C1的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R1=，C1=1μF。4腳：接地端。例如，取R=200kΩ時，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。實驗證明其具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。CX20106A 的第5腳的電阻決定接收的中心頻率，200k的電阻決定了接收的中心頻率為40KHz。 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。8腳：電源正極，～5V。大家知道，電感對高頻信號的阻抗是很大的，所以，大電容的高頻性能不好。所以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高頻信號都可以很好的通過，就采用一個大電容再并上一個小電容的方式。而在數(shù)字電路中，（這個電容叫做退耦電容，當然也可以理解為電源濾波電容,越靠近芯片越好），因為在這些地方的信號主要是高頻信號，使用較小的電容濾波就可以了[ 10]。 顯示電路。考慮到節(jié)省管腳和實用性的問題，采用動態(tài)顯示的方法進行顯示。 超聲波顯示電路原理圖其中的發(fā)光二極管LED顯示模塊通常用來顯示數(shù)字和狀態(tài)，發(fā)光二極管根據(jù)不同制造材料，可發(fā)出紅、黃、藍、紫等各種單色光，發(fā)光二極管可以有多種形式，而應用最多的是七段發(fā)光二極管顯示模塊。 七段數(shù)碼管結(jié)構圖，只要使不同段的發(fā)光二極管，即可改變所顯示的數(shù)字和字母，LED七段數(shù)碼管根據(jù)內(nèi)部LED的連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種接法，在共陽極接法中，當某一段發(fā)光二極管輸入為低電平時，該發(fā)光二極管亮，反之則熄滅。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。② 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。(1)電路原理設計部分（Advanced Schematic 99）系統(tǒng)：電路原理圖設計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。原理圖的設計需要基本的五步，以下具體介紹。在進入SCH設計系統(tǒng)之前，首先要構思好原理圖，即必須知道所設計的項目需要那些電路來完成，然后用Protel 99SE來畫出電路原理圖。根據(jù)實際電路的復雜程度來設置圖紙的大小。3)放置元件。4)原理圖的布線。5)建立網(wǎng)絡表。網(wǎng)絡表是電路板和電路原理圖之間的重要紐帶。當完成原理圖布線后，需要設置項目選項來翻譯當前項目，利用Protel 99SE提供的錯誤檢查報告修改原理圖。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。單面板是一種單面敷銅，因此只能利用它敷了銅的一面設計電路導線和元件的焊接。如果在雙面板的頂層和底層之間加上別的層，即構成了多層板，比如放置兩個電源板層構成的四層板，這就是多層板。在PCB電路板布上銅膜導線后，還要在頂層和底層上印刷一層防焊層。對于雙面板或者多面板，防焊層分為頂面防焊層和底面防焊層兩種。（3）布線系統(tǒng)，有自動布線和手動布線兩種。但一般時候我們使用手動布線，使格局更合理化。系統(tǒng)的主要功能是距離測量，整個系統(tǒng)軟件程序包括主程序、測距子程序、顯示子程序以及各種中斷子程序。系統(tǒng)軟件程序大體上包括下面幾個過程:(1)初始化LED，顯示開機界面為“00”，表示測量沒有開始，(2)單片機連續(xù)發(fā)射40KHZ的脈沖波，立即啟動INT0，系統(tǒng)進入中斷后激活系統(tǒng)，等待計數(shù)值滿產(chǎn)生中斷，開始啟動接收程序。(4)單片機捕獲計數(shù)值，調(diào)用及計算程序.(5)顯示測量結(jié)果。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，（這也是超聲波測距器會有一個最小可測距離的原因）后才打開外中斷1接受返回的超聲波信號。 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。 系統(tǒng)初始化發(fā)射脈沖延時250μs，保證一個40KHZ的脈沖計時器開始計時，開中斷等待INT1中斷，即收反射回波信號讀計數(shù)器計時值，讀取串口速度值計算距離顯示測量結(jié)果開始大于設定值？顯示 是否 主程序流程圖 子程序流程圖 。s打開中斷允許位EA定時器初始化返回返回外中斷入口延時出棧處 內(nèi)部定時器0中斷服務程序流程圖 外部中斷服務程序流程圖 本系統(tǒng)所采用的是Φ15的超聲波換能器TCT4010F1（T發(fā)射），中心頻率為40KHz。在開始發(fā)射超聲波的時刻T0開始計時，等待INT1中斷，在INT0中斷時停止計時，在中斷程序讀出TH0、TL0的值。超聲波發(fā)射中要發(fā)射一串脈沖，實驗證明，8～10個脈沖最佳。由于采用的是12MHZ的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是1us，當主程序檢測到接收成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）讀出，然后加以計算，就可以得出被測物體與測距器之間的距離，假設本設計中取20℃時的聲速為344m/s，則如公式()進行計算[18]。根據(jù)實際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖個數(shù)和兩次測量的間隔時間，以適應不同距離的測量需要。(2)測量誤差隨著所測距離的增大而增大。另一種是可變誤差隨著距離的增大而增大，主要是由接收超聲波越過閥值的時間與超聲波實際到達探頭的時間不同引起的。 誤差分析聲波傳輸速度與媒介的彈性模量和密度相關，因此，利用聲速測量距就要考慮這些因素對聲速影響。液體的深度、溫度等因素會引起度變化，固體中彈性模量對聲速影響較密度影響更大。氣體中聲速受溫度影響最大‘聲波擾動是機械的，聲波在傳播中帶有機械能量，聲能傳播的中逐漸轉(zhuǎn)變成熱，從而出現(xiàn)隨距離而逐漸衰減的現(xiàn)象，稱為聲吸收。溫度是影響聲速的主要因素。 已知超聲波速度與溫度的關系如下：　 ()式中：γ—氣體普適常量　 M—氣體分子量 　　 T 對于超聲波測距精度要求達到1mm時，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進去。30℃時是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。，如溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。聲速確定后，只要測得超聲波往返時間，即可求得距離。本文要求精度不高，所以未加測溫部分，如果要提高精度這里