【正文】 因而能量很大。 應(yīng)用領(lǐng)域 1．機械行業(yè)：防銹油脂的去除；量具刃具的清洗；機械零部件的除油除銹發(fā)動機、化油 器及汽車零件的清洗，過濾器及濾網(wǎng)的疏通清洗等等。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 3．醫(yī)療行業(yè)：醫(yī)療器械的清洗，消毒，殺菌，實驗器皿的清洗等等。 5． 機電電子行業(yè)：印刷線路板除松香，焊斑；高壓觸點，接線柱等機械電子零件的清洗等等。 7． 半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體晶片的高清潔度清洗。 9． 鐘表首飾：清除油泥 、 灰塵 、 氧化層 和 拋光膏等。 11．紡織印染行業(yè)：清洗紡織錠子 和 噴絲板等。 超聲攪拌：加快溶解，提高均勻度，加快物理化學(xué)反應(yīng)，防止過腐蝕 和 加速油水乳化，如：溶劑染料混合 和 超聲磷化等。 超聲殺菌：殺滅細菌及有機污染物，如：污水處理 和 除氣等。 超聲封孔：排除間隙氣體，提高整體密度，如：工件浸漆等。 限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度 、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收裝置的靈敏度。超聲波的波速 c 與溫度有關(guān)，表 11列出了幾種不同溫度下的波速。 設(shè)計的主要內(nèi)容 單片機控制超聲波模塊發(fā)射及檢波接收，其系統(tǒng)原理框圖如圖 13所示。一有輸出 就 可以開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就 進入外部中斷 0，在中斷程序中讀取 定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 第二章 超聲波測距系統(tǒng) 本設(shè)計是基于單片機控制的，在介紹電路設(shè)計之前，先簡單了解一下單片機的工作原理，即簡單介紹 STC89C51 的一些特性。單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是一種非常活躍且頗具生命力的機種。因此，單片機只需要與適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 圖 21 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 與單片機相比，微型計算機是一種多片機系統(tǒng)。其中，中央處理器 (CPU)的字長長，功能強大； ROM 和 RAM 的容量很大； I/O 接口的功能也大，這是單片機無法比擬的。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 單片機 AT89C51 的特 性 AT89C 系列單片機是 Atmel 公司生產(chǎn)的一款標準型單片機。其管腳圖如圖 22所示。 P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 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。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 (0000HFFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源 (VPP)。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 本測距模塊使用的是壓電式超聲波發(fā)生器探頭，壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。當它的兩極外加脈沖信 號，其頻率等于壓電陶瓷晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振 ，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 圖 23 壓電式超聲波發(fā)生器 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 第三章 超聲波測距硬件電路設(shè)計 超聲波測距系統(tǒng)電路總體設(shè)計方案 由單片機 STC89C51 編程產(chǎn)生 10US 以上的高電平 ，由 口輸出， 就可以在接收口 （ Echo 引腳） 等待高電平輸出。發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，接收口 口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機中定時器的值。 該測距裝置是由超聲波模塊、單片機、和 LED 顯示電路組成。其時序圖如圖 31所示。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間 t，由此便可計算出距離。 圖 31 發(fā)射電路 74HC04 內(nèi)部集成 了六個反向器，同時具有放大的功能。 圖 32 74HC04 管腳圖 接收電路的設(shè)計 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 超聲波接收頭接收到超聲波后，轉(zhuǎn)換為電信號，此時的信號比較弱，必需經(jīng)過放大。 圖 33 接收電路 超聲波探頭接收到超聲波后，通過聲電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一正弦信號，其頻率為傳感器的中心頻率，即 40kHz。 LM741 是一單運放集成芯片，圖 34為 LM741管腳圖。一有輸出就可以開定時器計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，此時就為此次測距的時間，方可算出距離。 圖 35 超聲波測距模塊外觀圖 DYPME007 超聲波測距模塊可提供 ，圖 35為 DYPME007 外觀，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 溫度補償電路的設(shè)計 穩(wěn)定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，而超聲波在空氣中傳播時，其速度受到了溫度，濕度，粉塵，大氣壓，氣流等因素的影響，其中溫度影響最大，而超聲波在空氣中的速度與溫度的關(guān)系的表達式為c= ? ? ?T ，由泰勒公式將其展開，可得到近似計算公式c=+。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，測溫范圍為 55～ 125 攝氏度，最大分辨率可達 攝氏度。 圖 35 測溫電路原理圖 顯示模塊的設(shè)計 LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管 )有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。下圖示出了八段 LED 數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。八段 LED 顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號是 a、 b、 c、 d、 e、 f、g 和 SP，分別與同名管腳相連。 圖 36 8 段數(shù)碼管示意圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 單片機對 LED管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。 為了提高系統(tǒng)可靠性并降低成本，單片機控制系統(tǒng)通常采用動態(tài)掃描顯示。 圖 36 顯示電路原理圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件分 為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖 41 所示。 外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取。置位總中斷允許位 EA。讀取當前定時器的值，換算成時間，乘以溫度補償后的波速，即得到測距距離。 測出距離后結(jié)果將以十進制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 顯示子程序 本系統(tǒng)的 LED 顯示采用了動態(tài)顯示方式，用兩塊 74HC573 分別選通段碼和位碼，沒顯示一根管延時 2ms，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，達到靜態(tài)顯示的效果， C 程序如下。 dm=distance_date/100。 mm=distance_date%10。 P0=table[dm]。 dula=0。 P0=0x7f。 wela=0。 dula=0。 dula=1。 wela=0。 wela=1。 delay(2)。 dula=1。 P0=0xdf。 wela=0。 } 外部中斷子程序 因本設(shè)計把數(shù)據(jù)換算，計算距離以及顯示子程序都放在了主程序中，所以外部中斷子程序比較簡單，它實現(xiàn)了對 T1數(shù)值讀取，以及關(guān)閉外部中斷的功能。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 圖 42 外部中斷程序流程圖 c程序如下： INTO_() interrupt 0 { outeH =TH1。 succeed_flag=1。 } 測量溫度子程序 測溫電路由美國 DALLAS 公司的 DS18B20芯片完成，其初始化過程如下： DS18B20的初始化 （ 1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 外部中斷入口 關(guān)外部中斷 讀取時 間值 返回 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 （ 4） 延時 750微秒（該時間的時間范圍可以從 480到 960微秒）。 （ 6） 延時等待 （如果初始化成功則在 15到 60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由 DS18B20所返回的低電平 “0” 。 （ 7） 若 CPU 讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “0” 后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（ 5）