【正文】 分組成。設(shè)計出的超聲波液位測量系統(tǒng)精度可達厘米數(shù)量級，電路具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、精度高、應(yīng)用廣泛的特點。s accuracy could reach centimeter orders of were simply structure,easy to use,high accuracy and wide application.KEY WORDS: Ultrasonic。STC89C52 MCU。目前測量距離一般都采用波在介質(zhì)中的傳播速度和時間關(guān)系進行測量。由于超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、在介質(zhì)中傳播的距離較遠等優(yōu)點，因而經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。采用超聲波傳感器用于發(fā)射和接收電路,利用聲波在空氣中的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物到超聲波測距器之間的距離。根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時間差及傳播速度，計算出傳播距離。同時超聲波傳感器不易受到天氣條件、環(huán)境光照及障礙物陰影、表面粗糙等因素影響。國內(nèi)的超聲波測量主要集中在對0～l0m固體和液體的測量，一般測量精度高，回波穩(wěn)定．由于高精度的超聲波測距儀所采用的專用集成電路成本較高，本設(shè)計嘗試用價格更低廉的STC89S52為核心設(shè)計一款低成本、高精度、具有動態(tài)顯示的超聲波測距系統(tǒng)，同時給出了硬件電路和軟件設(shè)計方法。 課題設(shè)計的目的和意義學習使用單片機的控制功能和用超聲波傳感器實現(xiàn)測量距離，理解超聲波傳感器的超聲波發(fā)生機制及發(fā)射、接收和以單片機STC89C52為中心控制單元，實現(xiàn)超聲波發(fā)射及其遇到障礙物發(fā)生反射形成回波信號，并根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及超聲波從發(fā)射到接收到回波的時間，計算出發(fā)射點距障礙物的距離，以完成設(shè)計目標，熟悉51單片機軟件編程及調(diào)試環(huán)境KeilC51軟件。本課題設(shè)計的一種基于STC89C52 單片機的低成本、高精度、小型化數(shù)字顯示超聲波傳感器測距模塊，其硬件電路和軟件程序設(shè)計思路清晰，方案簡單可行。(2)對設(shè)計的電路進行分析。2 總體設(shè)計方案超聲波是指頻率高于20KHz 的機械波，一般由壓電效應(yīng)或磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生，它沿直線傳播、強度大、方向性好，所以超聲波常用于距離的測量。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,一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。它們產(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。本課題屬于近距離測量,所以采用常用的壓電式超聲波傳感器來實現(xiàn)。超聲波測距的原理一般采用渡越時間檢測法。超聲波發(fā)送電路LED顯示掃描驅(qū)動單片機控制器超聲波接收電路 超聲波測距器的系統(tǒng)設(shè)計框圖3 硬件電路各部分設(shè)計硬件電路主要分為單片機系統(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。系統(tǒng)采用12MHz的高精度晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，并減小測量誤差。顯示信號采用簡單實用的4位一體共陽極LED數(shù)碼管，并用PNP三極管9012驅(qū)動位碼。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得其為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。另外，STC89S52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1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（IIL）。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O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（IIL）。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P3口亦作為STC89S52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表 31 P3口的引腳號及其第二功能引腳號第二功能RXD（串行輸入）TXD（串行輸出）INT0(外部中斷 0)INT0(外部中斷 0)T0（定時器0外部輸入）T1（定時器1外部輸入）WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RST:復(fù)位輸入。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。否則，ALE將被微弱拉高。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（小數(shù)點）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位或多位數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 四位共陽極LED數(shù)碼管引腳圖共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，它在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。 數(shù)碼管邏輯功能圖 超聲波發(fā)射電路。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波發(fā)射電路主要由反向器74LS04和超聲波傳感器構(gòu)成，74LS04是一個高速CMOS六反相器，具有放大作用。它有兩個壓電晶片和一個共振板。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器與接收轉(zhuǎn)換器其結(jié)構(gòu)稍有不同，器件上有不同的標志。1KHz②超聲波探頭反射靈敏度:.③.④指向性:水平探測角度(6dB)120177。,垂直探測角度(6dB)60177。⑤絕緣阻抗:100MΩ.(100V DC)⑥最大輸入電壓:140Vpp Max.(正弦波,40KHZ,間隔時間100msec.).⑦工作溫度:30℃～85℃儲存溫度:40℃～85℃ 超聲波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 超聲波檢測接收電路集成電路CX20106A是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和抗干擾能力，其內(nèi)部電路由前置放大器、自動偏置電平控制電路、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器和整形輸出電路組成。接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適的幅值；再經(jīng)過帶通濾波器濾波得到有用信號，濾除干擾信號；最后由峰值檢波器和整形電路輸出到鎖相環(huán)路，實現(xiàn)準確的計時。 CX20106A引腳圖CX20106A的引腳功能：1腳：超聲信號輸入端。增大電阻R或減小C,將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。4腳：接地端。6腳： 該腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。8腳：電源正極，～5V