超聲波模塊DYPME和c的數(shù)據(jù)資料

1、超聲波模塊DYP-ME007和單片機(jī)的使用隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣。本設(shè)計(jì)對(duì)超聲波傳感器測(cè)距的可能性進(jìn)行了理論分析，利用單片機(jī)以及超聲波在介質(zhì)的傳播特性等知識(shí)，采用DS18B20作為溫度反饋，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。為了保證超聲波測(cè)距模塊的可靠性和穩(wěn)定性，其本身采取了相應(yīng)的抗干擾措施。該測(cè)距儀最大測(cè)量距離是80cm，最小測(cè)量距離是4cm，精確度是3cm。這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)且實(shí)時(shí)性良好，經(jīng)過系統(tǒng)擴(kuò)展和升級(jí)，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)檢查、日常生活、無人駕駛汽車、自動(dòng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)引導(dǎo)小車及機(jī)器人等

2、。關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)距；單片機(jī)；溫度傳感器目 錄第一章 緒論11.1 選題背景及目的11.2 超聲波介紹及其應(yīng)用領(lǐng)域11.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容21.3.1 超聲波測(cè)距的原理21.3.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3第二章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)42.2 單片機(jī)AT89C51的特性52.3 超聲波探頭介紹6第三章 超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)83.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案83.2 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的設(shè)計(jì)93.2.1 超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)93.2.2 溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)113.2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)12第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1 顯示子程序154.2 外部中斷子程序164.3 測(cè)量溫度子程序1

3、7第一章 緒論1.1 選題背景及目的1.2 超聲波介紹及其應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音。科學(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為2020K赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20K赫茲或小于20赫茲時(shí)，人們便聽不見了。因此，把頻率高于20K赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為15兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)?？捎糜跍y(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接和碎石等。在醫(yī)學(xué)，軍事，工業(yè)以及農(nóng)業(yè)上有明顯的作用。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)

4、振動(dòng)的頻率很高，因而能量很大。在我國(guó)北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理。應(yīng)用領(lǐng)域1機(jī)械行業(yè)：防銹油脂的去除；量具刃具的清洗；機(jī)械零部件的除油除銹發(fā)動(dòng)機(jī)、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。 2表面處理行業(yè)：電鍍前的除油除銹；離子鍍前清洗；磷化處理；清除積炭，氧化皮，拋光膏，金屬工件表面活化處理等等。 3醫(yī)療行業(yè)：醫(yī)療器械的清洗，消毒，殺菌，實(shí)驗(yàn)器皿的清洗等等。4 儀器儀表行業(yè)：精密零件的高清潔度清洗，裝配前清洗等等。5 機(jī)電電子行業(yè)：印刷線路板除松香，焊斑；高

5、壓觸點(diǎn)，接線柱等機(jī)械電子零件的清洗等等。6 光學(xué)行業(yè)：光學(xué)器件的除油、除汗和清灰等。7 半導(dǎo)體行業(yè)：半導(dǎo)體晶片的高清潔度清洗。8 科教文化：化學(xué)生物等實(shí)驗(yàn)器皿的清洗和除垢。9 鐘表首飾：清除油泥、灰塵、氧化層和拋光膏等。10石油化工行業(yè)：金屬濾網(wǎng)的清洗疏通、化工容器和交換器的清洗等等。11紡織印染行業(yè)：清洗紡織錠子和噴絲板等。12其它：超聲清洗：清除污染物，疏通細(xì)小孔洞，如：清潔印章，古董修復(fù)和汽車電噴頭疏通等。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。超聲凝聚：加速沉淀，分離，如：種子浮選和飲料除渣等。超聲殺菌：殺滅細(xì)菌及有機(jī)污

6、染物，如：污水處理和除氣等。超聲粉碎：降低溶質(zhì)顆粒度，如：細(xì)胞粉碎和化學(xué)檢測(cè)等。超聲封孔：排除間隙氣體，提高整體密度，如：工件浸漆等。1.3 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容1.3.1 超聲波測(cè)距的原理超聲波測(cè)距是通過不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波， 從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t，然后求出距離 (1-1)式(1-1)中的c為超聲波在空氣中傳播的速度。限制該系統(tǒng)的最大可測(cè)距離存在四個(gè)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。接收裝置對(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測(cè)距離。超聲波的波速c與溫度有關(guān)，表1-1列出了幾種不同溫度下的波速。表1-1 聲速與溫

7、度的關(guān)系溫度()3020100102030100聲速(m/s)313319325331338344349386可以推導(dǎo)得出，溫度和波速大概有c=331.5+0.607T這樣的規(guī)律，波速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間t，即可求得距離S。1.3.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容單片機(jī)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1-3所示。 圖1-3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖先驅(qū)動(dòng)DS18B20溫度傳感器，測(cè)出當(dāng)前溫度，然后根據(jù)公式換算出當(dāng)前波速，然后控制口P1.0(Trig引腳)發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收口P3.2（Echo引腳）等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就進(jìn)入

8、外部中斷0，在中斷程序中讀取定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離。如此不斷的周期測(cè)，就可以達(dá)到你移動(dòng)測(cè)量的值了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。第二章 超聲波測(cè)距系統(tǒng)本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的，在介紹電路設(shè)計(jì)之前，先簡(jiǎn)單了解一下單片機(jī)的工作原理，即簡(jiǎn)單介紹STC89C51的一些特性。2.1 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器(Microcontroller)。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種非?；钴S且頗具生命力的機(jī)種。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：CPU(Central Proc

9、essing Unit，中央處理器)、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與單片機(jī)相比，微型計(jì)算機(jī)是一種多片機(jī)系統(tǒng)。它是由中央處理器(CPU)芯片、ROM芯片、RAM芯片和I/O接口芯片等通過印刷電路板上總線(地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB)連成一體的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其中，中央處理器(CPU)的字長(zhǎng)長(zhǎng)，功能強(qiáng)大；ROM和RAM的容量很大；I/O接口的功能也大，這是單片機(jī)無法比擬的。因此，單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上與微型計(jì)算機(jī)十分相似，是一種集微型計(jì)算機(jī)主要功能部件于同一塊芯片上

10、的微型計(jì)算機(jī)，并由此而得名。2.2 單片機(jī)AT89C51的特性AT89C系列單片機(jī)是Atmel公司生產(chǎn)的一款標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)。其中數(shù)字89是單片機(jī)AT89C51的特性，C表示CMOS工藝。其管腳圖如圖2-2所示。圖2-2 AT89C51單片機(jī)管腳圖AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩

11、沖器能接收輸出4TTL門電流P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)P3

12、口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引

13、腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3 超聲波探頭介紹 超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物 位測(cè)量?jī)x等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求本測(cè)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(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，它有兩個(gè)壓電陶瓷晶片和一個(gè)金屬片共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信 號(hào)，其頻率等于壓電陶

14、瓷晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)金屬片共振板接收到超聲波 時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。 圖2-3 壓電式超聲波發(fā)生器第三章 超聲波測(cè)距硬件電路設(shè)計(jì)3.1超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案由單片機(jī)STC89C51編程產(chǎn)生10US以上的高電平，由P1.0口輸出，就可以在接收口P3.2（Echo引腳）等待高電平輸出。一旦有高電平出處，即在模塊中經(jīng)過放大電路，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。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(hào)，通過接收電路的檢波放大、積分整形

15、及一系列處理，接收口P3.2口即變?yōu)榈碗娖?，讀取單片機(jī)中定時(shí)器的值。單片機(jī)利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出障礙物的距離，并由單片機(jī)控制顯示出來。該測(cè)距裝置是由超聲波模塊、單片機(jī)、和LED顯示電路組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路組成超聲波測(cè)距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時(shí)序圖如圖3-1所示。圖3-1 時(shí)序圖超聲波測(cè)距模塊的發(fā)射端在T0時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，由此便可計(jì)算出距離。3.2

16、 超聲波測(cè)距系統(tǒng)電路各部分模塊的設(shè)計(jì)3.2.1 超聲波發(fā)射接收電路的設(shè)計(jì)發(fā)射電路的設(shè)計(jì)由模塊中產(chǎn)生的40kHz的方波需要進(jìn)行放大，才能驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路其實(shí)就是一個(gè)信號(hào)放大電路，本模塊所選用的是74HC04集成芯片，圖3-1為發(fā)射電路圖。圖3-1 發(fā)射電路74HC04內(nèi)部集成了六個(gè)反向器，同時(shí)具有放大的功能。74HC04的管腳如圖3-2所示。圖3-2 74HC04管腳圖接收電路的設(shè)計(jì)超聲波接收頭接收到超聲波后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)的信號(hào)比較弱，必需經(jīng)過放大。本系統(tǒng)采用了LM741對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，接收電路如圖3-3所示。圖3-3 接收電路超聲波探頭接收到超聲波后，通過

17、聲電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一正弦信號(hào)，其頻率為傳感器的中心頻率，即40kHz。該信號(hào)通過C1高通濾波后經(jīng)LM741放大，最后經(jīng)二極管整形后輸出到單片機(jī)中斷口。LM741是一單運(yùn)放集成芯片，圖3-4為L(zhǎng)M741管腳圖。圖3-4 LM741管腳圖其板上接線方式為，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 out（空腳）、 GND 使用方法簡(jiǎn)單，一個(gè)控制口發(fā)一個(gè)10US以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值，此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間，方可算出距離。如此不斷的周期測(cè)，就可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的值了。 圖3-5 超聲波測(cè)距模塊外觀圖DYP-ME

18、007超聲波測(cè)距模塊可提供3cm-3.5m的非接觸式距離感測(cè)功能，圖3-5為DYP-ME007外觀，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測(cè)距模塊一觸發(fā)信號(hào)后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來時(shí)，模塊輸出一回響信號(hào)，以觸發(fā)信號(hào)和回響信號(hào)間的時(shí)間差，來判定物體的距離。3.2.2 溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)穩(wěn)定準(zhǔn)確的超聲波傳播速度是保證測(cè)量精度的必要條件，而超聲波在空氣中傳播時(shí)，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(dá)式為c=331.45，由泰勒公式將其展開，可得到近似計(jì)算公式c=331.5+0.60

19、7T。式中T是環(huán)境攝氏溫度，所以溫度每變化1攝氏度，聲速的變化為0.6m/s，可見溫度對(duì)聲速的影響很大，測(cè)量時(shí)必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55125攝氏度，最大分辨率可達(dá)0.0625攝氏度。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用了線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，測(cè)溫電路如圖3-5所示。 圖3-5 測(cè)溫電路原理圖3.2.3 顯示模塊的設(shè)計(jì) LED(Light-Emitting Diode，發(fā)光二極管)有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。

20、下圖示出了八段LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)和原理圖。圖(a)為八段共陰數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖，圖(b)是它的原理圖，圖(c)為八段共陽LED顯示管原理圖。八段LED顯示管由八只發(fā)光二極管組成，編號(hào)是a、b、c、d、e、f、g和SP，分別與同名管腳相連。七段LED顯示管比八段LED少一只發(fā)光二極管SP，其他與八段相同。圖3-6 8段數(shù)碼管示意圖單片機(jī)對(duì)LED管的顯示可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各LED管能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自字形；動(dòng)態(tài)顯示是指各LED輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們由于視覺器官惰性，從而看到的是各LED似乎在同時(shí)顯示不同字形。為了提高系統(tǒng)可靠性并降低成本，單片機(jī)控制系統(tǒng)通常采用動(dòng)態(tài)

21、掃描顯示。所以本系統(tǒng)采用了兩片74HC573分別作為斷碼和位碼的選通芯片，并用一片10K的排阻提供上拉電流，以達(dá)到數(shù)碼管動(dòng)態(tài)描顯示，電路原理圖如圖3-6所示。圖3-6 顯示電路原理圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖4-1所示。主程序完成初始化工作、超聲波發(fā)射和接收，距離計(jì)算、結(jié)果的輸出。 外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取。外部中斷子程序計(jì)算距離結(jié)果輸出定時(shí)器及中斷初始化發(fā)射超聲波開外部中斷指示燈閃爍單片機(jī)初始化DS18B20初始化開 始收到回波？ NO YES 圖4-1 主程序流程圖主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式

22、。置位總中斷允許位EA。然后給Trig一個(gè)20us的高電平，然后在Echo引腳等待其變?yōu)楦唠娖剑坏┹敵隽烁唠娖?，表明超聲波已開始發(fā)射，此刻即計(jì)時(shí)，等待Echo變?yōu)榈碗娖剑从|發(fā)外部中斷0的跳變沿方式中斷。讀取當(dāng)前定時(shí)器的值，換算成時(shí)間，乘以溫度補(bǔ)償后的波速，即得到測(cè)距距離。由于采用的是11.0592MHz的晶 振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)大概就是1s，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T1中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離

23、，主程序采用C語言編寫。4.1 顯示子程序 本系統(tǒng)的LED顯示采用了動(dòng)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(shí)2ms，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，達(dá)到靜態(tài)顯示的效果，C程序如下。void display(uint distance_date) uchar dm，cm，mm; dm=distance_date/100; cm=distance_date%100/10; mm=distance_date%10; dula=0; P0=tabledm; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7f; wela=1; wela=0; delay(2); dul

24、a=0; P0=table1cm; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0xbf; wela=1; wela=0; delay(2); P0=tablemm; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(2); 4.2 外部中斷子程序 因本設(shè)計(jì)把數(shù)據(jù)換算，計(jì)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(jiǎn)單，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)T1數(shù)值讀取，以及關(guān)閉外部中斷的功能。流程圖如圖4-2所示。外部中斷入口關(guān)外部中斷讀取時(shí)間值返回 圖4-2 外部中斷程序流程圖 c程序如下：INTO_() interrupt 0 outcomeH

25、=TH1; outcomeL =TL1; succeed_flag=1; EX0=0; 4.3 測(cè)量溫度子程序測(cè)溫電路由美國(guó)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”。 （2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。（4） 延時(shí)750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從480到960微秒）。（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。（6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然

26、會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。（7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480微秒。（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。DS18B20的寫操作（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。（2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15微秒。（3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。（4） 延時(shí)時(shí)間為45微秒。（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。DS18B20的讀操作（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（2）延時(shí)2微秒。（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”

27、。（4）延時(shí)15微秒。（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。（6）延時(shí)15微秒。（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（8）延時(shí)30微秒。開始初始化初始化寫命令：跳過讀序列號(hào)操作（0XCC）寫命令：?jiǎn)?dòng)溫度轉(zhuǎn)換（0X44）溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束？寫命令：讀溫度寄存器（0XBE）寫命令：跳過讀序列號(hào)操作（0XCC）寫EEPROM，存儲(chǔ)結(jié)果根據(jù)讀寫操作，其流程圖如4-3 轉(zhuǎn)換完畢 圖4-3 DS18B20初始化流程圖具體的各部分C程序如下：void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while

28、(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /read a byte date uchar i，j，dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit();dat=(j<<7)|(dat>>1);/讀出的數(shù)據(jù)最

29、低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange

30、(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44); / initiates a single temperature conversionuint tmp() /get the temperature float tt; uchar a，b; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread()

31、; temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp;void readrom() /read the serial uchar sn1，sn2; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0x33); sn1=tmpread(); sn2=tmpread();前兩章是該課題的重點(diǎn)，全面介紹了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)思路，給出了硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)。在硬件電路的設(shè)計(jì)中，分別詳細(xì)介紹了發(fā)射電路

32、，接收電路及顯示模塊的設(shè)計(jì)方法。軟件編程部分，給出了整個(gè)程序的思路以及程序流程圖。 結(jié) 論本設(shè)計(jì)介紹了一種基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)。給出了硬件和軟件的設(shè)計(jì)方案。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測(cè)距方法有兩種，一種是在被測(cè)距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計(jì)；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測(cè)距儀。此次設(shè)計(jì)采用反射波方式。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射檢測(cè)接收電路，溫度補(bǔ)償電路四部分。單片機(jī)采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以

33、獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超過10us的使能信號(hào)，利用外中斷0口監(jiān)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3位共陽LED數(shù)碼管，段碼位碼都用74HC573芯片驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有測(cè)量精度較高、速度快、控制簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)距范圍從4cm到80cm，測(cè)量精度在±3cm內(nèi)。測(cè)距系統(tǒng)在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和自動(dòng)控制場(chǎng)合，都有很重要的作用。但由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路硬件、軟件部分都有不夠完善的地方，在今后的學(xué)習(xí)中會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)?？傮w來說，最重要的是在本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多知識(shí)，從中受益匪淺。了解了超聲波傳感器的原理，也掌握了單片機(jī)的開

34、發(fā)過程和利用單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的方法。對(duì)一塊電路板的設(shè)計(jì)、焊板、調(diào)試、改進(jìn)等整個(gè)過程，有了更深入的理解和掌握。這些對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大幫助的。附錄1附錄2#include <reg52.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit Trig =P10; sbit Echo =P32;sbit test =P11; /測(cè)試燈引腳sbit dula =P26; /段碼選通引腳sbit wela =P27; /位碼選通引腳sbit DS =P22; /測(cè)溫

35、引腳uchar code table=0xfc，0x60，0xda，0xf2，0x66，0xb6，0xbe，0xe0，0xfe，0xf6;uchar code table1=0xfd，0x61，0xdb，0xf3，0x67，0xb7，0xbf，0xe1，0xff，0xf7;uchar flag，outcomeH，outcomeL;bit succeed_flag;void delay(uint count) /延時(shí)程序 uint i; while(count) i=200; while(i>0) i-; count-; void delay_20us() /延時(shí)20us uchar bt

36、 ; for(bt=0;bt<100;bt+); void display(uint distance_date) /距離顯示子程序 uchar dm，cm，mm; dm=distance_date/100; /計(jì)算分米位 cm=distance_date%100/10; /計(jì)算厘米位 mm=distance_date%10; /計(jì)算毫米位 dula=0; P0=tabledm; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0x7f; wela=1; wela=0; delay(2); dula=0; P0=table1cm; dula=1; dula=0; wela=0; P

37、0=0xbf; wela=1; wela=0; delay(2); P0=tablemm; dula=1; dula=0; P0=0xdf; wela=1; wela=0; delay(2); void dsreset(void) /send reset and initialization command uint i; DS=0; i=103; while(i>0)i-; DS=1; i=4; while(i>0)i-;bit tmpreadbit(void) /read a bit uint i; bit dat; DS=0;i+; /i+ for delay DS=1;i+

38、;i+; dat=DS; i=8;while(i>0)i-; return (dat);uchar tmpread(void) /read a byte date uchar i，j，dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i+) j=tmpreadbit(); dat=(j<<7)|(dat>>1); /讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里 return(dat);void tmpwritebyte(uchar dat) /write a byte to ds18b20 uint i; uchar j; bit testb; fo

39、r(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) /write 1 DS=0; i+;i+; DS=1; i=8;while(i>0)i-; else DS=0; /write 0 i=8;while(i>0)i-; DS=1; i+;i+; void tmpchange(void) /DS18B20 begin change dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); / address all drivers on bus tmpwritebyte(0x44)

40、; / initiates a single temperature conversionuint tmp() /get the temperature float tt; uchar a，b; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0xcc); tmpwritebyte(0xbe); a=tmpread(); b=tmpread(); temp=b; temp<<=8; /two byte compose a int variable temp=temp|a; tt=temp*0.0625; temp=tt*10+0.5; return temp;v

41、oid readrom() /read the serial uchar sn1，sn2; dsreset(); delay(1); tmpwritebyte(0x33); sn1=tmpread(); sn2=tmpread();void main(void) uint distance_data; uchar a; float tem; flag=0; /標(biāo)志位，1表示收到回波，0則未收到 test=0; /控制燈閃爍 Trig=0; TMOD=0x11; /對(duì)定時(shí)器1選擇16位模式 IT0=0; /設(shè)置觸發(fā)方式為低電平觸發(fā) IE0=0; EA=1; /開總中斷 tmpchange();

42、/測(cè)出當(dāng)時(shí)溫度 ET0=0; TR0=0; while(1) EA=0; TH1=0; TL1=0; Trig=1; /讓TRIG引腳為高電平 delay_20us(); /延時(shí)20us Trig=0; /產(chǎn)生方波 while(Echo=0); /等待Echo變?yōu)榈碗娖剑撮_始發(fā)射超聲波 TR1=1; /開始計(jì)時(shí) succeed_flag=0; EX0=1; TF1=0; EA=1; while(TH1<25)&&(!IE0); /等待25us或者中斷產(chǎn)生（即收到回波） TR1=0; /停止計(jì)時(shí) EX0=0; /關(guān)閉中斷 if(succeed_flag=1) /如果收到回

43、波 distance_data=outcomeH; /先保存高8位 distance_data<<=8; /將高8位左移，低八位則全置0 distance_data=distance_data|outcomeL; /將高低八位組成新的16位數(shù)據(jù) tem=tmp(); /取得溫度 tem/=10; tem=331.5+0.607*tem; /得出當(dāng)前波速 tem/=2000; distance_data*=tem; distance_data=distance_data*126000/120000; /代入晶振頻率及當(dāng)前波速算出距離 for(a=300;a>0;a-) disp

44、lay(distance_data); /顯示距離 if(succeed_flag=0) /如果沒有收到回波 distance_data=0; test = !test; INTO_() interrupt 0 /外部中斷0 outcomeH =TH1; outcomeL =TL1; succeed_flag=1; EX0=0; 本文所介紹的三方向（前、左、右）超聲波測(cè)距系統(tǒng)，就是為機(jī)器人了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離信息。（類似GPS定位系統(tǒng)） 一 超聲波測(cè)距原理 1、壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，

45、它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波 時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。2、超聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，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為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2二 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，單片機(jī)選用8751，經(jīng)濟(jì)易用，且片內(nèi)有4K的ROM，便于編程。電路原理圖如圖2所示。其中只畫出前方測(cè)距電路的接線圖，左側(cè)和右側(cè)測(cè)距電路與前方測(cè)距電路相同，故省略之。