【正文】 電薄膜(PVDF) [2]等。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴(kuò)大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無(wú)目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們 聽(tīng)到的超聲波 (20kHz)以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來(lái)的時(shí)間間隔長(zhǎng)短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。超聲波測(cè)距是一種利用聲波特性、電子計(jì)數(shù)、光電開(kāi)關(guān)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)非接觸式距離測(cè)量的方法。超聲波方法在某些方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）超聲波對(duì)色彩、光照度不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)；（2）對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中；（3）超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化。特別是在空氣測(cè)距中，由于空氣中波速較慢，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力。1㎝；具有測(cè)量距離數(shù)值無(wú)線傳輸功能；實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的距離，顯示格式為：。具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)功能，實(shí)時(shí)播報(bào)測(cè)量距離數(shù)值，格式：,實(shí)時(shí)播報(bào)時(shí)間間隔≤10s，實(shí)時(shí)播報(bào)聲音清晰明亮、無(wú)明顯失真，在 1m 距離處人耳能準(zhǔn)確分辨。超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離 [2]。主要實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距并指示功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用。通過(guò)對(duì)比各類型控制器選擇單片機(jī)為控制器并最終選擇 AT89S51 單片機(jī)，并說(shuō)明了選擇原因以及功能、特性。超聲波接收傳感器采用了性價(jià)比較高的壓電晶片，其工作頻率、靈敏度下文將會(huì)介紹。 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)原理超聲波測(cè)距儀工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)出 40khz 的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接受器將接受到得超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行辨別、計(jì)算，得出距離數(shù)并顯示和送語(yǔ)音播報(bào)模塊播報(bào)。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 340米/秒，由控制器負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，控制單元使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí) [3]。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。本超聲波測(cè)距儀的具體工作過(guò)程如下，單片機(jī)控制的振蕩源產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)超聲傳感器。系統(tǒng)總體；。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)比分析選擇了單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。DSP 控制器：DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式?！　SP 微處理器（芯片）一般具有如下主要特點(diǎn)： 　?。?）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； 　　（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)； 　?。?）片內(nèi)具有快速 RAM，通常可通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)； 　?。?）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； （5）快速的中斷處理和硬件 I/O 支持；FPGA 控制器：FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（Configurable Logic Block） 、輸出輸入模塊 IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。FPGA 的邏輯是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與 I/O 間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA 所能實(shí)現(xiàn)的功能， FPGA 允許無(wú)限次的編程。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力7強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。（2）集成度高、體積小、可靠性高。（4）低電壓，低功耗。因此控制器的選擇為單片機(jī)。AVR單片機(jī)：ATMEL公司研制開(kāi)發(fā)的一種新型單片機(jī)， PIC單片機(jī)相比具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行速度較快；芯片內(nèi)部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大；所有型號(hào)的Flash、EEPROM都可以反復(fù)燒寫、全部支持在線編程燒寫；多種頻率的內(nèi)部RC 振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，零外圍電路也可以工作；IO口可以以推換驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；內(nèi)部資源豐富，一般都集成AD、DA模數(shù)器；PWM；SPI 、USART、 TWI、I2C通信口；豐富的中斷源等。51單片機(jī)：有優(yōu)異的性價(jià)比；集成度高、體積小、有很高的可靠性；控制作用強(qiáng)；擴(kuò)展性能好，非常容易構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。AVR單片機(jī)功能強(qiáng)大，功8耗低，一般小型都可以滿足。51單片機(jī)比較基礎(chǔ)、成熟，一般教學(xué)都用這種單片機(jī)。51 單片機(jī)全稱 AT89S51 單片機(jī)，是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4K bytes 的課反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度。由于其集成度高，體積小且可靠性強(qiáng)，有很好的擴(kuò)展性能易于構(gòu)成多種應(yīng)用系統(tǒng)，所以我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)里采用 AT89S51 單片機(jī)。AT89S51 提供以下功能：k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器；128 字節(jié)內(nèi)部 RAM；32 個(gè)I/O 口線；兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器； 一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)；一個(gè)雙工串行口通信；片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，當(dāng)允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 超聲波發(fā)生器選型超聲波發(fā)生器可以分為兩類：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。9超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式 [4]。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用材料是壓電式陶瓷。 超聲波接收傳感器選型超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。工作頻率：工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。工作溫度：由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。靈敏度：主要取決于制造晶片本身。因此超聲波接受傳感器應(yīng)該應(yīng)用集成電路CX20226A，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(wú)信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。此部分電路在集成芯片上。10可以做顯示器的有：LED,LCD,CRT 等。優(yōu)點(diǎn)是顏色視覺(jué)效果好，視角寬，可靠性高，便宜；缺點(diǎn)是體積大耗電多，有微量的 X射線輻射。 LED 一般適合做大屏幕的顯示設(shè)備，最突出的有點(diǎn)那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如顯色性、對(duì)比度等都不如 CRT 顯示器。所以選擇采用 12864 液晶模塊。WT1380具有多種報(bào)警功能，定時(shí)器功能，時(shí)鐘輸出功能，中斷輸出功能以及語(yǔ)音播報(bào)功能?？梢杂?jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息，并可以將時(shí)間信息反饋給主控單片機(jī)。但是本設(shè)計(jì)不要求芯片有可以計(jì)算年、月、日、時(shí)、分、秒等信息的復(fù)雜功能。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺(tái)灣華邦共同研發(fā)出來(lái)的集單片機(jī)和語(yǔ)音電路于一體的可編輯語(yǔ)音芯片。WT588D是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語(yǔ)音單片機(jī)芯片。 溫度傳感器的選型大家知道，聲音在不同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590的測(cè)溫范圍為55℃ ～+150℃。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。輸出電阻為710WM 。AD590共有I、J、 K、L、M五檔，其中M 檔精度最高，在55 ℃～ +150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。但是考慮到成本問(wèn)題我選用 TS18B20 數(shù)字溫度傳感器。獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 至 無(wú)需備用電源測(cè)量。 C 至+125℃ 。C 至+85 176。176。12第 3 章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路、溫度補(bǔ)償電路、無(wú)線傳輸、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接受電路五部分。采用 12MHz 高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。顯示單元部分采用 12864 液晶模塊。如圖 所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由 AT89S51 單片機(jī)、外部振蕩電路、復(fù)位電路和 +5V 電源組成。在復(fù)位電路中，單片機(jī)RESET 管腳一方面經(jīng) 20 F 的電容接至電源正極，實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，另一方面經(jīng)開(kāi)關(guān) s 接電源。因此，復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的一部分。當(dāng)按下 S5 按鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。20mA直流輸出電流，每個(gè)引腳（輸出） 177。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。14圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢測(cè)接收