【正文】 定夾角。 超聲測距系統(tǒng)組成超聲波測距儀整個系統(tǒng)由單片機來控制，啟動測量時，由單片機發(fā)出一個控制信號去觸發(fā)發(fā)射電路，使發(fā)射電路起振，驅動超聲波發(fā)射器發(fā)射出一串超聲波脈沖(大約十幾個脈沖) ，同時啟動單片機的計時器，開始計時，也就是開始測量渡越時間。接收到的第一個脈沖去觸發(fā)單片機的計數器，使計數停止。超聲波測距系統(tǒng)原理框圖如圖24所示。超聲換能器是超聲測試系統(tǒng)中產生并接收超聲的部件,其驅動電路和回波檢測電路的性能對整個測試系統(tǒng)有著至關重要的作用。保證系統(tǒng)有比較高的測量精度和可靠性。綜合考慮75kHz、40 kHz、25 kHz ,取40 kHz可以較好地解決這個矛盾。為了降低調試的復雜性、高系統(tǒng)安裝的靈活性，超聲波發(fā)射與接收采用分離設計，即單獨采用發(fā)射器和接收器而不是發(fā)射接收一體化器件 [3]。這種方法的特點是無需驅動電路，但缺乏靈活性。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設計一個驅動電流為 100mA 以上的驅動電路。 接收模塊超聲波接收器包括超聲波接收探頭。超聲波接受探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號(主要是頻率要求一致，否則會因無法產生共振而影響接收效果，甚至無法接收)。正弦信號不能直接被處理器接收，因此最后必須進行波形變換。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。方案二：采用紅外線檢波接收的專用集成芯片 CX20226A，它常用于電視機紅外遙控接收器，由于紅外遙控常用的 38kHz 載波與測距用的 40kHz 超聲波接近，當它沒有接收到信號時輸出為高電平，當它接收相近頻率的信號時輸出為低電平。這種方法的特點是不僅靈敏度很高，抗干擾能力很強，而且還不需要放大電路，可使系統(tǒng)電路更為簡潔。當輸入信號的電壓大于基準電壓時，輸出為“1”；當輸入信號的電壓小于基準電壓時，輸出為“0”；這樣就取到對輸入信號進行變換的目的。本系統(tǒng)采用方案二，這種方法比其它方案電路簡單，實現很方便。 L=1/2VT （28）式中 V 為超聲波在空氣中的傳播速度，0℃時為 331m/s, 25℃時為 347m/s西南科技大學本科生畢業(yè)論文13其與環(huán)境溫度 T℃的關系如式（2－9）。在硬件上，溫度補償主要采用測溫電路來實現。得到的數據送到串行口，單片機就會根據溫度變化將聲速作相應得處理；在軟件上，溫度補償常有方法有以下兩種：方案一：每次先按照式（2－9）計算當時的聲速 V，然后再按式（2－8）計算距離。方案二：根據當時的環(huán)境溫度，查取特征溫度值（聲速表中最接近溫度對應的聲速值）作為當前聲速，然后按照式（2－8）進行距離計算。 另外，由于發(fā)射與反射之間存在一定的夾角 2a，如圖 25，當 a 很小時，可直接按式（2－8）計算距離；當很 a 大時，則必須進行距離修正，其修正公式為（210） ?？紤]到對測量精度，所以本系統(tǒng)采用溫度補償的辦法,不考慮距離修正。以上優(yōu)勢使得 LED 廣泛運用于數字儀器、數控裝置、計算機等顯示部件中。LCD 的工作電流比 LED 小幾個數量級，故功耗很低；尺寸小，厚度約為 LED 的 1/3。在本設計中,考慮到要顯示距離和溫度，采用 LCD 顯示。這樣供電很簡單,而且組成系統(tǒng)時,占用的空間小。運行單片機系統(tǒng)的時候，因為其要求的電流較大，可能會造成單片機程序跑飛，復位等異?，F象，嚴重時會造成系統(tǒng)死機。提供 +5V 電壓。本系統(tǒng)直接采用三端穩(wěn)壓片 78L05 構成的電源。并口占用的 I/O 資源較多，目前現在已經不常用。另外短距離的通信，可以采用 SPI、I 2C 等，但是調試一般難度比較大，而且不是所有的單片機都擁有硬件的SPI 和 I2C，而一般的單片機的硬件資源里都有 UART 接口，而 UART 的調試是比較方便的，難度也相對較小。RS232 是 EIA 40 年前為公用電話網絡數據通信而制定的標準，由于 RS232 的發(fā)送和接收是“ 對地” 而言的，采用非平衡模式傳輸，存在共地噪聲，所以其最大傳西南科技大學本科生畢業(yè)論文15障礙物TCT4010S1TCT4010F1CX20226A555 振蕩器AT89C51LCDDS18B20RS232 電平轉換pc 機輸距離和速率在標準中被限定為 15 米和 19200bit/s。連接距離可達 50100 英尺，而 USB 連接最長可達 16 英尺。本系統(tǒng)的與 PC 通信采用 RS232 標準串口通信。由控制芯片 AT89C51 產生控制信號，使 555振蕩產生超聲波，超聲波通過發(fā)射換能器發(fā)射出去，遇到障礙物返回，經過接收換能器，接收電路，接收到超聲波信號，送入單片機分析。圖 26 系統(tǒng)總體原理框圖 本章小結 本章根據超聲波測距原理和算法，分析了系統(tǒng)的實現、方案的比較，經過各種對比考慮，確立了系統(tǒng)的方案選擇，并且確立了系統(tǒng)的原理圖。電　源西南科技大學本科生畢業(yè)論文16西南科技大學本科生畢業(yè)論文17第 4 章 系統(tǒng)硬件設計加 652783983 代做論文設計在非接觸測量領域中，隨著傳感器技術水平的不斷提高，利用超聲波傳感器測量距離的技術也日趨成熟，基于單片機的超聲波測距儀以其強抗干擾能力、高精度、低功耗、體積小等優(yōu)點在工業(yè)控制、勘探測量、機器人定位和安全防范等領域得到了廣泛的應用，本章論述了以 51 單片機為控制核心的超聲波測距模塊的具體電路設計。它的工作原理是: 采用 555時基振蕩電路產生 40kHz 的超聲波信號，超聲波傳感器的工作狀態(tài)由三極管工作情況決定。單片機接收信號后關閉計時器、禁止555 工作、處理有關信息，最后通過顯示電路顯示測量到的距離。在整個測量過程中由于電源電路提供能量才使得各模塊電路在單片機的控制下成功有序地完成一次距離測量。 主控制電路主控制器主要由單片機AT89C5振蕩器和復位電路三部分組成。它是測距儀的控制中樞，也是整個系統(tǒng)的核心部分。由上可知，它的正常工作是保證測距儀成功測距的先決條件，單片機最小系統(tǒng)西南科技大學本科生畢業(yè)論文18的設計雖簡單但很關鍵。圖31 單片機最小系統(tǒng)原理圖 AT89C51 單片機單片機，又稱微處理器，是許多自動控制系統(tǒng)中的核心部件。AT89C51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。西南科技大學本科生畢業(yè)論文19為便于 CPU 處理數據，讓計時器每計一次數就是 1us，振蕩器采用了 12MHz的石英晶體。10pF。晶體振蕩器連接如下 圖32 晶體振蕩器連接 復位電路本復位電路采用手動復位，在Vcc和RST 端接一容量為22uF左右的電解電容，其兩端并接一個輕觸按鈕（為限制按鈕按下時電容瞬間釋放的電流，避免產生火花，在按鈕一側串聯一個電阻），利用RST內部復位下拉電阻便構成復位電路。手動的好處在于能避免死機時關機復位。由于R2 187。 串行通信接口本系統(tǒng)的與 PC 通信采用 RS232 標準串口通信。西南科技大學本科生畢業(yè)論文20 RS232 電氣特性RS232 對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都做了規(guī)定。邏輯 0（SPACE）=+3V~+15V。信號無效（斷開，OFF 狀態(tài)，負電壓）=3V~15V 。對于數據（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于3V ，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V；對于控制信號：接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，低于+15V，斷開狀態(tài)（OFF ）即信號無效的電平高于15V 低于3V，也就是說當傳輸電平的絕對值大于 3V 時，電路可以有效地檢查出來，介于3~+3V 之間和低于15V 或高于 +15V 的電壓無意義，因此，在實際工作時，應保證電平在 （3~5）V 范圍之間。因此為了同計算機接口或終端的 TTL 器件相連，必須在兩者之間進行電平和邏輯關系的變換。目前教為廣泛地使用集成電路轉換元件，MAX232 芯片可完成兩者之間的轉換 [10]。下面介紹本系統(tǒng)用到的 DB9 連接器。它只提供異步通信的 9 個信號。表 31 顯示了 DB9 各引腳的具體功能。RS232 串口通信基本接線方法：距離較近時（12m） ，可以用電纜線直接連接標準 RS232 端口，若距離較遠，需要附加調制解調器（MODEM ） 。表 31 DB9 常用引腳說明 9 針串口（DB9）針號 功能說明 縮寫1 數據載波檢測 DCD2 接收數據 RXD3 發(fā)送數據 TXD4 數據終端準備 DTR5 信號地 GND6 數據設備準備好 DSR7 請求發(fā)送 RTS8 清除發(fā)送 CTS9 振鈴指示 DELL 數據發(fā)送電路這部分電路主要由電平轉換芯片 MAX232 和 DB9 串行接口等組成。圖33 串行數據發(fā)送電路圖 電路中使用了 MAXIM 公司的 MAX232，該芯片簡易，單 +5V 電源供電，僅需四個 外接電容即可完成 TTL 電平與 EIA 電平之間的相互轉換?？紤]到超聲波頻率較低，可能對外界的抗干擾能力較差，因此不能發(fā)送單脈沖的超聲波。若在有效測距范圍內有被測物，則在后一路探測波束發(fā)出之前應當接收到前一路發(fā)出的反射波，否則認為前一路沒有探測到物體。例如，最大測距距離為3 m時，脈沖間隔時間t=2 D／C=21／340≈18 ms，實際應取t≥18 ms。對發(fā)射來說，為了要使機械的轉換效益最大，換能器必須工作在它的共振頻率。在換能器系統(tǒng)中, 發(fā)射部分的共振頻率要與接收部分反共振頻率相匹配 [1]。其原理圖如圖35所示。在這里我們利用其構成了個多諧振蕩器產生40kHz的波形。它由比較器A1和A 基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管T 三部分組成 [5]。其工作過程可用表32 簡潔表示，經分析表明：電容 C7 的放電時間 t1 和充電時間 t 2 可分別表示為： （3110ln(2).70tRCRC???）1 2 3 4ABCD4321DCBA Titl eNumber RevisionSizeA4Date: 13May2022 Sheet of File: E:\業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) 業(yè) \ Drawn By:R15KΩR2 5KΩR3 5KΩG41TDG2amp。G1amp。(DISC)VR1VR2RD/Vc1Vc2 /34567812西南科技大學本科生畢業(yè)論文24 （32(109)ln()tRCRC??????2）表32 555內部工作過程輸 入 輸 出RD vI1 vI2 V0 TD0 X X 低 導通1 2/3 VCC 1/3 VCC 低 導通 1 2/3 VCC 1/3 VCC 不變 不變 1 2/3 VC 1/3 VCC 高 截止 1 2/3 VCC 1/3 VCC 高 截止由式（41 ） 、 （4－2）可得輸出脈沖得頻率為 （33）為達到頻率為 40 kHz 的超聲波，經計算，C7 取 4700pF ，R9 取 510 。為保證 555 時基具有足??夠的驅動能力，此處采用+5V 電源。 其工作過程是：當三極管的發(fā)射極接收到單片機給的低電平時，不管發(fā)射極有沒有超聲波輸入，由于三極管都不導通，所以超聲波探頭兩端一直沒有壓差而無法工作；當單片機給了三極管基極低電平時，三極管的能否工作，主要取決于三極管的發(fā)射極有沒有信號輸入，當有40kHz的方波信號輸入時，三極管根據信號高低電平決定導通與否，探頭兩端有了同頻率的壓差變化，這樣超聲波探頭將發(fā)生共振，完成發(fā)送超聲波的任務。圖 38中波形經放大后加載在發(fā)射探頭兩端的脈沖信號，經Q1后相位與單片機輸出相反，電壓放大為15V。圖 37 單片機輸出脈沖波形 西南科技大學本科生畢業(yè)論文26 圖 38 放大后的脈沖波形 接收電路設計超聲波接收器主要由超聲波接收探頭和紅外線檢波接收集成電路兩部分組成。圖 39 超聲波接收電路 CX20226 工作原理分析 CX20226A 是日本索尼公司生產的彩電專用紅外遙控接