超聲波測(cè)距實(shí)習(xí)報(bào)告

1、 信息科學(xué)與工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)輔助綜合設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告 班級(jí)：通信12-2班 姓名：覃模廣 組員：何* 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：陳小琴 時(shí)間：2015年1月1.超聲波概述 1.1超聲波基本理論1.1.1超聲波發(fā)展史人類(lèi)直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。40年代末期超聲波治療在歐美興起，直到1949年召開(kāi)的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，以后到了60年代醫(yī)生們開(kāi)始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。1956年

2、第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階段。如今，超聲波已廣泛應(yīng)用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。1.1.2超聲波的本質(zhì)聲波是聲音的類(lèi)別之一，屬于機(jī)械波，是人們能感覺(jué)得到的縱波，頻率大小范圍為16Hz-20KHz。當(dāng)聲波的頻率小于16Hz時(shí)就稱(chēng)為次聲波，大于20KHz則叫做超聲波。其中超聲波是種波動(dòng)形式，它能作為探測(cè)和負(fù)載信息的載體；超聲波也是種能量形式，如果其強(qiáng)度超過(guò)一定程度時(shí)，它能與傳播超聲波媒質(zhì)的相互作用，去影響，甚至破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)（用作治療）。超聲波的反射、折射、衍射、散射在媒質(zhì)中等傳播規(guī)律，

3、和可聽(tīng)聲波的傳播規(guī)律沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。但超聲波波長(zhǎng)短，達(dá)到厘米，甚至達(dá)到毫米。1.1.3超聲波的應(yīng)用正因?yàn)槌暡ㄔ谖锢砘瘜W(xué)方面的獨(dú)特特性，因此，超聲波在許多方面都有廣泛的應(yīng)用。歸結(jié)起來(lái)，超聲波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：(1) 在檢驗(yàn)方面的應(yīng)用超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和超聲成像技術(shù)。而超聲波的測(cè)距原理：采用了超聲波在空氣中的傳播速度為已知條件，測(cè)量的聲波在發(fā)射后碰到障礙物反射的回來(lái)的時(shí)間，用發(fā)射和接收的時(shí)間差確定出發(fā)射點(diǎn)至障礙物的實(shí)際測(cè)量距離。超聲波的測(cè)距主要應(yīng)用在倒車(chē)提醒、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等距離測(cè)量，雖然目前測(cè)距量程

4、上能有百米，但測(cè)量精度只可以到厘米的數(shù)量級(jí)。 (2) 在超聲處理方面的應(yīng)用利用超聲的機(jī)械效應(yīng)、溫?zé)嵝?yīng)、理化效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門(mén)獲得了廣泛應(yīng)用。(3) 在基礎(chǔ)研究方面的應(yīng)用超聲學(xué)是研究超聲的科學(xué)，它是聲學(xué)的一個(gè)重要分支。超聲學(xué)是研究超聲的產(chǎn)生、接收和在媒質(zhì)中的傳播規(guī)律，超聲的各種效應(yīng)，以及超聲在基礎(chǔ)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的應(yīng)用等內(nèi)容的聲學(xué)重要分支。機(jī)械運(yùn)動(dòng)為一種最簡(jiǎn)單、最一般物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，它較之其他的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)的自身結(jié)構(gòu)之間關(guān)系非常緊密。超聲振動(dòng)本來(lái)就屬于種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此，利用超聲

5、學(xué)也是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要的途徑之一。2超聲波測(cè)距方法與原理 2.1超聲波測(cè)距方法2.1.1方法種類(lèi)介紹和說(shuō)明目前，市場(chǎng)上利用超聲波測(cè)距原理制成的測(cè)距系統(tǒng)種類(lèi)繁多，但是超聲波的測(cè)距方案總下來(lái)有下面幾種：（1）相位的檢測(cè)法相位的檢測(cè)法可分2種：一方法是用發(fā)射不同頻率超聲波來(lái)顯現(xiàn)的。先開(kāi)始發(fā)射波長(zhǎng)為的超聲波。檢測(cè)出回波相位為 。假設(shè)所用的波周期數(shù) ,則能求的目標(biāo)物體的距離為： (3-1)同樣道理可以算出第二束波形測(cè)距的計(jì)算公式為： (3-2)其中： 為第二束波的相位角， 是波長(zhǎng)， 是周期數(shù)。又由于 和 都為正數(shù),與此同時(shí)再一次進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償算法，可準(zhǔn)確求目標(biāo)距離值。但是因?yàn)槌暡ㄌ筋^是有固定頻率

6、，假設(shè)改變頻率，系統(tǒng)衰減會(huì)大，需要兩套信號(hào)的檢測(cè)電路，實(shí)施難度加大，不適宜采用。二方法是使用單一超聲波的探頭來(lái)進(jìn)行相位的檢測(cè)法檢測(cè)，這種方法是待測(cè)距離在一個(gè)周期內(nèi)使用，若過(guò)選用40kHz超聲波為傳播介質(zhì)，一個(gè)周期對(duì)應(yīng)檢測(cè)距離為 ，因此，這種方法的準(zhǔn)確度很高。（2）幅值的檢測(cè)法幅值德檢測(cè)法是開(kāi)始發(fā)射固定頻率的超聲波，接著使用反射或?qū)ι浞ǖ臋z測(cè)接收得到的超聲波脈沖的強(qiáng)度，從超聲波回波衰減理論，認(rèn)真對(duì)回波脈沖強(qiáng)度的進(jìn)行分析，從而求得目標(biāo)距離。（3）渡越時(shí)間法（也是本實(shí)習(xí)的做法）渡越時(shí)間意思是開(kāi)始從傳感器發(fā)射出超聲波開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)氣體的介質(zhì)傳播，達(dá)到傳感器接收到回波時(shí)計(jì)時(shí)的停止。因?yàn)樵谝欢ǖ沫h(huán)境下，溫度

7、不會(huì)變化，或變化較緩慢，可近似認(rèn)為常數(shù)，這時(shí)聲速是保持不變的。所以能通過(guò)檢測(cè)渡越的時(shí)間，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)聲速，從而求得傳感器和目標(biāo)之間的距離。 2.2超聲波測(cè)距原理與超聲波傳感器2.2.1超聲波測(cè)距原理超聲技術(shù)是一門(mén)以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過(guò)超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過(guò)程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。超聲波遙控近距離遙控中的一種的實(shí)際方法，人們可以聽(tīng)到的聲音的頻率估算為20Hz20kHz，低于20Hz和高于20kHz的聲音，人耳一般都聽(tīng)不到，人把高于20kHz聲波叫做超聲波。它屬于一種機(jī)械振動(dòng)波，能夠在氣體與液體、固體中傳播，它在空氣中的傳播的

8、速度是340m/s，與光波及電磁波相比較是極度緩慢的。超聲波擁有方向性，即傳播能量相對(duì)于其他波而言很集中，這一點(diǎn)和可聽(tīng)見(jiàn)聲波相異。另外，超聲波在傳播途中若遇到不同的媒介，大部分能量會(huì)被反射。超聲波測(cè)距從原理上可有共振式與脈沖反射式兩種。因?yàn)閼?yīng)用要求十分限定，這里用脈沖反射式，即是利用超聲的反射的特性。超聲波測(cè)距的原理是經(jīng)過(guò)超聲波發(fā)射傳感器向某方向發(fā)射出超聲波，在發(fā)射的時(shí)刻同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)間，超聲波在空氣傳播，途中要是遇到障礙物立即返回，當(dāng)超聲波接收器收到反射波時(shí)就停止計(jì)時(shí)。平常溫度下超聲波在空氣中傳播速度是 C=340m/s，依據(jù)計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間 t，就能計(jì)算到發(fā)射點(diǎn)距離障礙物距離(S)，即為S=C

9、*t/2=C*t0，其中，t0 就是所謂渡越的時(shí)間。在超聲波測(cè)量的系統(tǒng)中，若頻率取得太低，外界雜音干擾的較多；若頻率取得太高，在傳播的過(guò)程中衰減得較大。所以在超聲波測(cè)量中，常使用 40KHz 的一種超聲波。現(xiàn)在超聲波測(cè)量的距離一般是幾米至幾十米，是種適合室內(nèi)的測(cè)量方式。因?yàn)槌暡ǖ陌l(fā)射與接收器件擁有固有頻率的特性，有很高抗干擾的性能。所謂的超聲波測(cè)距的原理屬于一種種時(shí)間差測(cè)距法，超聲波發(fā)射器向某方向發(fā)射出超聲波，在發(fā)射的時(shí)刻的同時(shí)計(jì)算傳播時(shí)間，超聲波在空氣中傳播，若是遇到障礙物會(huì)返回來(lái)，每當(dāng)超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度是340m/s,根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間t，就能

10、夠計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距離障礙物的距離（s),即為：s=340t/2.超聲波測(cè)距原理是采用超聲波在于空氣中傳播的速度為已知條件，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。2.2.2超聲波傳感器超聲傳感器是把其他形式的能轉(zhuǎn)換為所需的超聲能或者把超聲能轉(zhuǎn)換為同頻率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩類(lèi)，即電聲型與流體動(dòng)力型。電聲型主要有：1.壓電傳感器；2.磁致伸縮傳感器；3.靜電傳感器。壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測(cè)中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測(cè)裝置的重要組成

11、部分。傳感器的主要的組成部分為壓電晶片。每當(dāng)壓電晶片受到發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即是可發(fā)射聲脈沖，為逆壓電效應(yīng)。每當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)侯，由晶片受迫振動(dòng)造成的形變可轉(zhuǎn)變成相應(yīng)電信號(hào)，為正壓電效應(yīng)。前者是用在超聲波發(fā)射，后者即是超聲波接收。超聲波傳感器一般是采用雙壓電陶瓷晶片制作成的。這一種超聲傳感器需要的是壓電材料較少，價(jià)格的低廉，并且非常適用的氣體與液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷晶片上有個(gè)固定諧振頻率，即中心頻率f0發(fā)射出超聲波時(shí)，附在其上的交變電壓頻率要和它固有的諧振頻率一樣。這樣的話，超聲傳感器會(huì)有較高靈敏度。超聲波傳感器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼和金屬網(wǎng)構(gòu)成

12、的，值得一提的是，壓電陶瓷晶片便是傳感器的核心，錐形輻射喇叭能使發(fā)射與接收超聲波的能量集中，并且使傳感器會(huì)有一定指向角，金屬殼可以防止外界力量對(duì)于壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)同樣是起保護(hù)作用的器件，同時(shí)不影響發(fā)射和接收超聲波。3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)（系統(tǒng)總方案兩人共同完成，經(jīng)過(guò)討論確定方案如下） 3.1總體方案設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路,超聲波接收電路,單片機(jī)電路,顯示電路與溫度測(cè)量電路等幾部分模塊組成。利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波和超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。具體見(jiàn)圖所示。超聲波接收超聲波發(fā)送掃描驅(qū)動(dòng)LED顯示單片機(jī)控制超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2硬件部分利用Altium De

13、signer 09進(jìn)行各模塊電路原理圖的繪制及PCB設(shè)計(jì)制作 3.2.1單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路 用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)送超聲波，同時(shí)在放射的時(shí)候開(kāi)始計(jì)時(shí)，在超聲波遇到障礙物的時(shí)候反射回來(lái)，超聲波接收器在接收到反射回來(lái)的超聲波時(shí)停止計(jì)時(shí)。通過(guò)公式S=VT/2可以測(cè)出汽車(chē)與障礙物之間的距離通過(guò)LED顯示屏顯示出來(lái)。單片機(jī)采用STC89C52或其兼容系列。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。單片機(jī)用外中斷1口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的40KHz方波信號(hào),利用外中斷0口檢測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。顯示電路采用簡(jiǎn)單實(shí)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,段碼用74HC573驅(qū)動(dòng),位

14、碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示 圖1-1單片機(jī)控制電路原理圖3.2.2 51單片機(jī)P0口為什么要接上拉電阻？ p0口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，如果沒(méi)有加外部上拉電阻的話，幾乎沒(méi)有什么驅(qū)動(dòng)能力。外上拉電阻的問(wèn)題。是否需要上拉電阻，對(duì)于TTL電路輸入端來(lái)說(shuō)并不是關(guān)鍵，加與不加是要看你的單片機(jī)IO口的屬性。如果單片機(jī)的輸出端口是推挽輸出的，那么這個(gè)上拉電阻根本沒(méi)有必要，但如果單片機(jī)的IO口是開(kāi)漏輸出或者是內(nèi)部弱上拉輸出的，那這個(gè)時(shí)候就需要接一個(gè)上拉電阻。上拉電阻的大小一般參照后級(jí)電路所需要驅(qū)動(dòng)電流的510倍來(lái)選取，可大不可小，一般現(xiàn)在用10K或者4K7的比較多，但如果對(duì)功耗要求比較嚴(yán)格

15、，這個(gè)電阻就需要去計(jì)算，阻值太大那么容易受干擾，太小功耗不能滿足，不需要去權(quán)衡.在這里要驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，需要的電流是510MA，但是P0口輸出電流不到1個(gè)毫安，是無(wú)法點(diǎn)亮發(fā)光二極管的。如果接上上拉電阻，阻值為10k，然后數(shù)碼管下端如果是低電平，5-0=5v。573為鎖存器，輸入并行信號(hào)輸出并行信號(hào)。74HC573輸出電流是正負(fù)20ma，單LED數(shù)碼管的一般電流為10ma，可直接驅(qū)動(dòng)。 3.2.3 共陽(yáng)極四位七段數(shù)碼管（12個(gè)引腳）怎么連接到單片機(jī)上？ 正面看的話，上面6腳，下面6腳，共12腳 上面從左到右是1,a,f,2,3,b 下面從左到右是e,d,dp,c,g,4 其中1,2,3,4是4個(gè)數(shù)碼

16、管的位選，因?yàn)槭枪碴?yáng)，所以這幾腳高電平時(shí)才有可能點(diǎn)亮數(shù)碼管，記得要三極管驅(qū)動(dòng)，9012就可以了。9012的C加個(gè)限流電阻接電源，B接單片機(jī)，E接1,2,3,4。單片機(jī)給高電平時(shí)選中。 a,b,c,d,e,f,g,dp是段碼，低電平有效，一般也送單片機(jī)控制4.外圍電路設(shè)計(jì)4.1.1超聲波發(fā)射電路： 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)：在超聲探測(cè)電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發(fā)射超聲的時(shí)間間隔，被測(cè)物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測(cè)距離成正比。經(jīng)過(guò)電阻分壓后到達(dá)基極通過(guò)集電極輸出后經(jīng)過(guò)中周變壓器組成諧振回路，最終將頻率為40KHZ的信號(hào)作用于發(fā)射探頭上，使其產(chǎn)生共振后，發(fā)射出超聲波。4

17、.1.2超聲波接收電路： 超聲波檢測(cè)接收電路：對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其難點(diǎn)在于40KHz信號(hào)的產(chǎn)生。由于超聲波傳感器的中心工作頻率為40KHz，當(dāng)偏離這個(gè)頻率時(shí)，其接收器的靈敏度將明顯降低，具體可以從超聲波傳器的特性曲線中得知。當(dāng)發(fā)送40KHz的頻率時(shí)，接收到的信號(hào)最強(qiáng)，因此距離也就最大，而當(dāng)偏離時(shí)，探測(cè)距離也將縮短，這一點(diǎn)是本設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于產(chǎn)生40KHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，方法有多種，可以選用電感、電容振蕩元件來(lái)完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的發(fā)生器，但是其頻率穩(wěn)定性較差，不容易調(diào)準(zhǔn)，因此制作成功的可能性相對(duì)較小。參考紅外轉(zhuǎn)化接收電路,本設(shè)計(jì)采用集成電路CX20106A,這是一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片,常用于電

18、視機(jī)紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測(cè)距超聲波頻率40KHz較為接近,可以利用它作為超聲波檢測(cè)電路。啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能便記錄超聲波的發(fā)射時(shí)間與受到反射波時(shí)間。每當(dāng)收到一個(gè)超聲波反射波的時(shí)侯，接收電路的輸出端產(chǎn)生出一個(gè)負(fù)跳變，并在或端產(chǎn)生出一個(gè)中斷的請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)這個(gè)外部中斷請(qǐng)求，自動(dòng)執(zhí)行外部中斷的服務(wù)子程序，并讀取時(shí)間差與計(jì)算距離。接收超聲波換能器用ucm-r40k1，發(fā)送超聲波換能器用ucm-t40k1，超聲波接收集成電路用CX20106A芯片，發(fā)送端用6非門(mén)(反相器)HD74LS04P圖1-2發(fā)射與接收電路原理圖

19、圖1-3發(fā)射與接收電路PCB印刷圖 4.1.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)報(bào)警電路由一個(gè)運(yùn)算放大器（9012三極管）、一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)5V有源蜂鳴器組成。用9012 pnp 是因?yàn)橹餍酒瑒偼ㄉ想姷臅r(shí)候，引腳會(huì)產(chǎn)生瞬間高電平，用pnp的話，就不會(huì)一開(kāi)始蜂鳴器就蜂鳴了。 圖1-5 報(bào)警電路 4.1.4 電源電路設(shè)計(jì)由自鎖開(kāi)關(guān)、DC電源插口、和兩個(gè)電容組成。 圖1-6 電源電路 3.2.5系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位全靠外部電路實(shí)現(xiàn)，每當(dāng)在時(shí)鐘電路工作后時(shí)，一旦在單片夾中的RST引腳上表現(xiàn)出24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上高電平，單片機(jī)就會(huì)實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)的復(fù)位。為了保證并可靠復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，RST須高電平。

20、只要RST電平不變，單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。 考慮本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，干擾小，故采用上電自動(dòng)復(fù)位。在通電瞬間，由于RC電路充電過(guò)程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位。 圖1-7 上電復(fù)位電路3.2.6超聲波測(cè)距電路圖匯總（不包含發(fā)射和接收電路） 3.3.1超聲波測(cè)距仿真用Proteus進(jìn)行超聲波測(cè)距仿真圖1-8 超聲波測(cè)距仿真原理圖圖1-9 超聲波測(cè)距仿真實(shí)現(xiàn) 注意事項(xiàng)：1.因?yàn)樵谖业膒rotues軟件中沒(méi)有stc89c52，所以我用80c51代替，雖然各引腳分布不一樣，但是具有的功能基本上是一樣的，只要把它們相應(yīng)功能的引腳接上就可以了，之后就要給主芯片導(dǎo)入程序。2.這個(gè)問(wèn)題也是我剛開(kāi)始最糾結(jié)的問(wèn)

21、題，就是在仿真中他如何實(shí)現(xiàn)發(fā)送超聲波和接收超聲波呢？帶著這個(gè)疑問(wèn)我在網(wǎng)上看了好多資料。原來(lái)如此，由于仿真軟件中沒(méi)有超聲波發(fā)射、接收頭的仿真模型，這給單片機(jī)超聲波測(cè)距仿真帶來(lái)困難，為驗(yàn)證單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)單片機(jī)部分及相應(yīng)程序的正確與否，在單片機(jī)發(fā)出超聲波信號(hào)后，用555時(shí)基電路產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)信號(hào)，來(lái)模擬超聲波頭發(fā)送后遇到回波返射回來(lái)的這階段時(shí)間，來(lái)對(duì)單片機(jī)超聲波測(cè)距單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行模擬?；蛘哂眯酒映绦騺?lái)實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)延后再返回信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是這次仿真使用的方法，在第二部分使用時(shí)延程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。左邊兩個(gè)按鍵是用來(lái)控制時(shí)延程序的時(shí)延間隔（加減），這樣間接達(dá)到了測(cè)量距離的加減。還有個(gè)問(wèn)題是：在pr

22、otues默認(rèn)的電源電壓是5v，所以不用設(shè)置。3.3.2 PCB印刷電路板圖（不含發(fā)射和接收模塊）經(jīng)過(guò)仿真后能實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能所以電路和程序應(yīng)該沒(méi)什么大問(wèn)題，接下來(lái)就是印制電路版?？偟脑鍐危?*9萬(wàn)用板、HC-SR04超聲波模塊、STC89C51單片機(jī)、74hc573、40P IC座、20P IC座、4p母座、四位一體共陰數(shù)碼管、9012三極管*5、2.2k電阻*5、220電阻*8、10k電阻、5V有源蜂鳴器、103排阻、10uf電解電容、30pf瓷片電容*2、12MHZ晶振、按鍵*3、自鎖開(kāi)關(guān)、DC電源插口、導(dǎo)線若干、焊錫若干、USB電源線或電池盒+DC電源插頭、接收超聲波換能器ucm-r

23、40k1、發(fā)送超聲波換能器ucm-t40k1，超聲波接收集成CX20106A芯片，6非門(mén)(反相器)HD74LS04P3.3.2軟件部分：運(yùn)用keil軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)INT1端口發(fā)送兩個(gè)左右的超聲波脈沖信號(hào)（頻率約40KHz的方波），脈沖寬度為12s左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入超聲波接收中斷程序。就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0，停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，圖1-10主程序

24、流程圖并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2，圖1-11 超聲波子程序流程圖以表示本次測(cè)距不成功。 4.1超聲波測(cè)距程序清單：#include /器件配置文件#include /傳感器接口sbit RX = P32;sbit TX = P33;/按鍵聲明sbit S1 = P14;sbit S2 = P15;sbit S3 = P16;/蜂鳴器sbit Feng= P20;/變量聲明unsigned int time=0;unsigned int timer=0;unsigned char posit=0;unsigned long S=0;unsigned long BJS=50;/報(bào)警距離50CM/模式

25、 0正常模式 1調(diào)整char Mode=0;bit flag=0;unsigned char const discode =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0xff/*-*/; /數(shù)碼管顯示碼-和不顯示unsigned char const positon4=0xfd,0xfb,0xf7,0xfe; /位選unsigned char disbuff4=0,0,0,0; /數(shù)組用于存放距離信息unsigned char disbuff_BJ4=0,0,0,0; /報(bào)警信息/延時(shí)100ms（不精確）void delay(

26、void) unsigned char a,b,c; for(c=10;c0;c-) for(b=38;b0;b-) for(a=130;a0;a-);/按鍵掃描void Key_()/+if(S1=0)delay(); /延時(shí)去抖while(S1=0)P1=P1|0x0f;BJS+; /報(bào)警值加if(BJS=151) /最大151BJS=0;/-else if(S2=0)delay();while(S2=0)P1=P1|0x0f;BJS-; /報(bào)警值減if(BJS=2)/加到2時(shí)清零Mode=0;/*/掃描數(shù)碼管void Display(void) /正常顯示if(Mode=0)P0=0x0

27、0; /關(guān)閉顯示if(posit=0)/數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)P0=(discodedisbuffposit)|0x80;/按位或，最高位變?yōu)?，顯示小數(shù)點(diǎn)elseP0=discodedisbuffposit;P1=positonposit;if(+posit=3)/每進(jìn)一次顯示函數(shù)，變量加1posit=0;/加到3時(shí)清零/報(bào)警顯示elseP0=0x00;if(posit=0)/數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)P0=(discodedisbuff_BJposit)|0x80;else if(posit=3)P0=0x76;/顯示字母elseP0=discodedisbuff_BJposit;P1=positonposi

28、t;if(+posit=4)posit=0;/*/計(jì)算void Conut(void)time=TH0*256+TL0; /讀出T0的計(jì)時(shí)數(shù)值TH0=0;TL0=0; /清空計(jì)時(shí)器S=(time*1.7)/100; /算出來(lái)是CMif(Mode=0) /非設(shè)置狀態(tài)時(shí)if(S=700)|flag=1) /超出測(cè)量范圍顯示“-”Feng=0; /蜂鳴器報(bào)警flag=0;disbuff0=10; /“-”disbuff1=10; /“-”disbuff2=10; /“-”else/距離小于報(bào)警距if(S=400)/400次就是800mstimer=0;TX=1; /800MS 啟動(dòng)一次模塊_nop_

29、(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();TX=0; /*/主函數(shù)void main(void) TMOD=0x11; /設(shè)T0為方式1，GATE=1；TH0=0;TL0=0; TH1=0xf8; /2MS定時(shí)TL1=0x30;ET0=1;/允許T0中斷ET1=1; /允許T1

30、中斷TR1=1; /開(kāi)啟定時(shí)器EA=1;/開(kāi)啟總中斷while(1)while(!RX);/當(dāng)RX為零時(shí)等待TR0=1;/開(kāi)啟計(jì)數(shù)while(RX);/當(dāng)RX為1計(jì)數(shù)并等待TR0=0;/關(guān)閉計(jì)數(shù)Conut();/計(jì)算 4.2焊接電路（兩人一起） 按照這個(gè)圖焊接，紅色的為跳線。4.3電路調(diào)試與分析 供電電路是否正常是系統(tǒng)能否正常工作的前提，因此首先對(duì)電源部分進(jìn)行調(diào)試，接上電源，測(cè)得電源電壓輸出應(yīng)該是5V。并且測(cè)得外部中斷1口的輸出信號(hào)頻率為38.46 KHz,接近40 KHz，滿足實(shí)際要求。超聲波測(cè)距儀制作與調(diào)試，其中，超聲波發(fā)射與接收采用15超聲波換能器TCT40-10F1（T發(fā)射）與TCT40-10S1（R接收），中心頻率是40kHz，安裝的時(shí)侯應(yīng)保持兩換能器的中心軸線平行不變且相距48cm，其余的元件便無(wú)特殊要求。若是將超聲波的接收電路能用金屬殼屏蔽起來(lái)，便會(huì)提高其抗干擾能力。根據(jù)測(cè)量的范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整和接收換能器并