【正文】 為 f=(( 2R +2 1R ) 1C )。 采用 555定時器構成的多諧振蕩器可以實現寬范圍占空比的調節(jié)，并且電路設計簡單，占用面積小。當 4 腳為低電平時， 555有振蕩脈沖輸出；為高電平時， 555定時器清零，沒有輸出。為保證 555時基具有足夠的驅動能力，宜采用 +12V電源即 CCV =12V。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1U15 55R2R1C2 C1V C CVOUC 15 圖 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收電路設計 超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。由于經探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經放大電路放大。按照上面所討論的原理，單片機需要的只是第一 個回波的時刻。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在 1mV～ 1V之間。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，以適應小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應信號變化范圍大的需要。為減少負電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了 LM324通用運算放大器，前三級為放大器設計，后一級 為比較器設計。為滿足交流信號的需要，每一級的放大器均采用阻容電路進行電平偏移，即圖 7C 、 21C 、 22C 和 24C ，容量均為 10μ F，實現單電源條件下交流信號的放大。距離較近時，兩級 放大的增益已能夠輸出足夠強度的信號了，第三級有可能出現信號飽和，但距1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 9 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND15 55R21KC13 30 0 P FR15KC S B 40 TV C C接 P 1 .3超聲波發(fā)送電路圖C2 16 離較遠時，必須采用三級放大。調節(jié)電位器可得到閥值電壓 NU 。 當 LM324 檢測到超聲波回波信號時，它輸出低電平信號，此時 LM324 的輸入電壓就小于閥值電壓，所以 LM324 就輸出高電平信號，通向 PC 的數據采集端。比較器這一部分如果調節(jié)不當也可能會出現一些問題，如在輸出端會有高頻輸出等。利用比較器的正反饋產生滯環(huán)特性來降低比較器的靈敏度，可以減少干擾。采用可調電位計是較為方便的方法。合理調節(jié)電位器27R ，選擇比較基準電壓，可使測量更加準確和穩(wěn)定。當 18 溫度從 0～ 40℃變化時，將會產生大約 7％ 的聲速變化，在超聲波測距儀中，把聲 速作為一個標準量，為了獲得較精確的聲速，引入溫度補償是必要的。 DS1820是 DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，電路連接非常簡單，但是必須保證時序與單片機嚴格同步。溫度輸出以 16 位符號擴展的二進制數形式提供，低位在前，以 ℃ /LSB（最小可分辨信號）形式表達，高五位為擴展符號位。在本系統中采用默認的 12位精度。 DS1820溫度傳感器有兩個晶振，低溫度系數晶振和高溫度系數晶振。高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩率明顯改變，所產生信號作為計數器 2的脈沖輸入。計數器 1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器 1的預置值減到 0時，溫度寄存器的 值將加 1攝氏度，計數器 1的預置將重新被裝入，計數器 1重新開始對低溫度系數產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)至計數器 2計數到 0，停止溫度寄存器累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。 DS1820利用單線控制信號在總線上與單片機進行通信。 圖 溫度測量電路圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:1 2 3D S 18 2 0V C CR 1 03K接 P 1 .5 19 報警電路設計 報警電路如圖所示，采用典型的 555振 蕩電路，單片機通過控制 4腳 (手動復位腳 )的電平來控制振蕩器的工作，高電平時工作，低電平時停止。單片機的 P1. 4控制 555 電路根據測量結果，產生不同頻率的信號使報警電路發(fā)出不同長短報警聲。 LED 指示燈由單片機管腳控制，高電平點亮，低電平熄滅，其閃爍頻率與聲音報警頻率相同。顯示位數按照該裝置可測量的長度 (與采用的超聲波傳感器有關 )以及測量的精度來確定，要能顯示出0— 9這些數字以及小數點等，并要求顯示穩(wěn)定，無閃爍。通過對一般測距儀的分析，發(fā)現通常只需要 4位的 LED即可滿足大多數的顯示精度要求，為了減少所需的 I/O數量，降低成本，采用動態(tài)顯示控制方式。 串行輸入顯示接口芯片 MC14499是一個 BCD一鎖存 /7段譯碼 /驅動器，雙列直插式 l8腳封裝， MC14499具有輸入鎖存功能，一幀數據輸入之后，就被鎖存起來，直至下一幀數據輸入為止。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 0 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:接 P 1 .4報警電路T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1U25 55 SPR67 5KR82KR77 5KC70 .1 uC60 .1 uD1Q1V C C 20 圖 顯示電路圖 用 MC14499 設計的 LED 顯示器動態(tài)顯示接口電路，用 AT89C2051 單片機作為控制核心的超聲波測距儀，其數據輸出既可以通過單片機的通用 I/O 口輸出，也可以通過單片機的串口用串行方 式輸出。單片機的 P1 口為數據輸出口，顯示器采用 RS202 型共陰極 7段 LED，顯示位數為 4位，由于一片 MC14499 可以驅動 4個 LED 顯1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : E : \ l i uw e i \論文 \ p r o t e l \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:+5接 P 1 .0接 P 1 .1接 P 1 .2a b c d e f gdpⅠⅡⅢⅣDCLKENVDDO S CV S SM C 1 44 9 9R3R4R5+5C3U6NOTU7NOTU8NOTU9NOT4 7Ω * 85 .1 K Ω *3dpgfedcbaCOM1COM2COM3COM4C9L E D 1 21 V i n9OUT10GND117805V i n 12OUT13GND147812V i n15OUT16GND177905C2C1C61 00 uC3C70 .1 uR2R1R424V+ 5 VR3C41 00 uC50 .1 u+ 1 2 VC81 00 uC90 .1 u 5 V示器，因此該顯示接口只需用一片 MC14499 和單片機連接。 用來向 MC14499 發(fā)送數據， 用來向 MC14499 發(fā)送時鐘脈沖， 用于控制單片機輸出數據向 MC14499 串行輸入 (當 =0 時，允許 MC14499 輸人數據 )。由于 MC14499 具有輸入自動鎖存功能，而串行輸入一幀數據又需要一定的時間，所以 LED 顯示的數據不會出現閃爍現象。并且?guī)в谐潆娦铍姵刈鳛閭溆秒娫?，當單片機電源正常工作時，蓄電池處于浮充電狀態(tài)，時刻保持滿電狀態(tài)，當緊 急情況下，如果單片機電源不能夠正常工作，那么蓄電池提供 +5v 的穩(wěn)定電源，直到電源故障解除為止。 電源電路圖如圖所示： 圖 +5V、 5V和 +12V穩(wěn)壓電源電路圖 22 穩(wěn)壓電源電路 在輸出電流為 500mA 時，輸出電壓為 24V。短路消除后，它都能自動啟動。 當負載電流增大時， 3 只晶體管都導通，直至 VT2 飽和為止， IC2達到 20mA 左右，從而限制 VT1 的基極電流。如果負載電阻很小，則輸出電壓很低，不能維持 VT3 導通，從而使穩(wěn)壓電路關閉。 圖 24V穩(wěn)壓電路圖 器件 選型 AT89C2051 單片機 AT89C2051是一個 2K字節(jié)可編程 EPROM的高性能微控制器。 AT89C2051有以下特點： 2K字節(jié) EPROM、 128字節(jié) RAM、 15根I/O線、 2個 16位定時 /計數器、 5個向量二級中斷結構、 1個全雙向的串行口、并且內含精密模擬比較器和片內振蕩器，具有 12MHz/24MHz工作頻率，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖、掉電和時鐘電路等?？臻e時， CPU停止，而讓 RAM、定時 /計數器、串行口和中斷系統繼續(xù)工作。 AT89C2051有 2個 16位計時 /計數器寄存器 Timer0、 Timer1。因為一個機器周期有 12個振蕩 23 器周期，所以計數率是振蕩器頻率的 1/12。由于需要二個機器周期來辨認一次 1到 0的變化，所以最大的計數率是振蕩器頻率的 1/24，可以對外部的輸入端 ，便于測量脈沖寬度。 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。因此超聲波檢測 廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。小功率超聲探頭多作探測作用。 超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。在空氣中傳播超聲波 ，其頻率較低，一般為幾十 KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應用。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接 收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超進行檢測 .而實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子。 24 第 4 章 系統軟件設計和仿真 系統軟件結構 在系統硬件構架了超聲測距的基本功能之后，系統軟件所實現的功能主要是針對系統功能的實現及數據的處理和應用。在系統軟件中，要完成對發(fā)射脈沖信號、脈沖接收信號、時序及輸出信號的控制。 （ 3）信號處理 RAM中的溫度值要轉化為此溫度下的聲速，轉換公式是： 3 3 1 .4 1 / 2 7 3c ??? (m/s)。在這部分中，信號處理包括計數值與距離值換算，二進制與十