超聲波測距畢業(yè)設(shè)計

1、前言 單片機(Microcontroller,徽控制器)的出現(xiàn)無疑是近代計算機技術(shù)發(fā)展史上的重要事件，它使嵌入式計算機系統(tǒng)實現(xiàn)了單片集成，并促進(jìn)通用微處理器（CPU）向嵌入式微處理器發(fā)展，如今，嵌入式微控制器與嵌入式微處理器形成了嵌入式系統(tǒng)中兩個重要組成部分。它的形成與發(fā)展，使現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)入到一個嶄新的智能化時代，并推動了計算機外圍器件的發(fā)展。這些外圍器件包括諸如傳感器接口通道的大信號輸出的傳感器，數(shù)字化、智能化、集成化傳感器、各種類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成化數(shù)據(jù)采集器，V/F轉(zhuǎn)換器、跟蹤/保持器、多路選擇器、基準(zhǔn)電源等，人機對話的各種鍵盤驅(qū)動器、LED/LCD 顯示驅(qū)動器及相應(yīng)的顯示模塊，語音

2、合成器件、伺服控制通道接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、F/I轉(zhuǎn)換器、以及形形色色的電子電力集成器件、數(shù)據(jù)通信通道接口各類電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動等等。而單片機作為嵌入式控制模塊，它應(yīng)用于許多電器之中，如冰箱、微波爐、彩電、空調(diào)等，還有其他大型電器。單片機已成為高科技領(lǐng)域中的有力工具，已開始在工業(yè)測、控系統(tǒng)，機器人感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)，分布式測控系統(tǒng)，快速多機實時處理系統(tǒng)和圖像系統(tǒng)中成為不可缺少的重要組成部分。超聲波傳感技術(shù)可以方便的應(yīng)用在工業(yè)測、控系統(tǒng)，機器人感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)中。人類的耳朵只能分辨頻率為20至2萬赫茲的聲音，頻率比人的聽頻范圍高的聲波就叫做超聲波。不同的動物可聽到的聲波頻率范圍不盡相同。超聲波對于蝙蝠

3、更為重要，這種動物是靠超聲波來“看”世界! 蝙蝠先會發(fā)出一連串超聲的尖叫聲，聲波遇到障礙物便會反射，就像我們向山谷拍手會聽到回聲一樣。由于超聲波的頻率高，相對較少出現(xiàn)繞射現(xiàn)象，所以回聲十分清晰。蝙蝠分析回聲的方向和回傳時間，便可以知道環(huán)境的精確圖像。同樣的道理，可以更改頻率獲得能在空氣中傳播的超聲波，這樣的聲波遇到障礙物的時候返回，因此，通過分析時間間隔的大小可以獲得本體與障礙物間的距離，這樣的檢測稱為無接觸測量技術(shù)，有廣泛的運用場合。 因此超聲波裝置尤其適用于存在/非存在監(jiān)測、精確距離監(jiān)測，或其它類型傳感技術(shù)不能很好的發(fā)揮作用的應(yīng)用領(lǐng)域，如監(jiān)測透明或發(fā)光物體、充滿霧氣或塵埃的空氣，或是噴射狀

4、液體，而且隨著性能的提升，可以進(jìn)一步取代其他的檢測方式，以其便捷性和精度高等優(yōu)勢成為一種理想和被推薦的檢測，有更廣的應(yīng)用前景。 目前，人們已經(jīng)制成了許多超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。1方案選擇的論證和選擇1.1設(shè)計方案一：采用單片機來控制的超聲波測距儀采用單片機來控制的超聲波測距儀是先由單片機產(chǎn)生一個信號，經(jīng)過信號線，把信號引入到與超聲波發(fā)射器

5、相連的信號引腳上，再由超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，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時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：原理框圖如1-1所示：開始測量超聲波信號開定時器關(guān)定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測電聲換能器電聲換能器驅(qū)動電路圖1-1采用單片機來控制的超聲波測距儀1.2設(shè)計方案二：采用CPLD來控制的超聲波測距儀采用CPLD來控制的超聲波測距儀，主要是在軟件上運用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit

6、 Hardware Description Language）編寫程序使用MAX+plus II軟件進(jìn)行軟硬件設(shè)計的仿真和調(diào)試，最終實現(xiàn)測距功能。使用本方案的優(yōu)點在于在超聲波測距儀設(shè)計中采用的是MAX7000s系列中的EPM7128SLC84-15的CPLD器件，其最高頻率可達(dá)175.4MHz，可用于組合邏輯電路、時序邏輯電路、算法、雙端口RAM等的設(shè)計。充分利用了其多達(dá)128個宏單元、68pin可編程I/O口，使該器件可以將分頻功能、計數(shù)功能、顯示編碼功能、振蕩功能全部集于一體。又因其延時平均的特點，保證了測距結(jié)果精度高、響應(yīng)速度快。缺點是方案中需要一塊FPGA,一塊雙口RAM,還需要一塊用

7、來存儲波形數(shù)據(jù)的EEPROM，那么設(shè)計的成本較高。同時在FPGA中還要用硬件描述語言(VHDL語言)編寫程序來實現(xiàn)硬件電路功能。由于EPM7128SLC84-15的算法復(fù)雜，所以在軟件實現(xiàn)起來編程也復(fù)雜。1.3 方案設(shè)計三：采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，也可以實現(xiàn)我們所需要的超聲波測距儀。具體方案如下：首先通過頻率合成技術(shù)產(chǎn)生超聲波所需要的頻率，在通過信號線將采用鎖頻率相合成技術(shù)得到的頻率引到超聲波的發(fā)射頭上，這樣就可以實現(xiàn)超聲波測距。它的優(yōu)點就是工作頻率可調(diào)，也可以達(dá)到很高的頻率分辨率；缺點是要求使用的濾波器通帶可變，實現(xiàn)很困難。它的原理如圖1-2所示： 圖1-2綜上所述，因

8、此選擇第一種設(shè)計方案。2工作原理我們做的是基于單片機的超聲波測距儀。用單片機控制超聲波的發(fā)射、接受電路以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再用液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。因為聲音的速度會隨著溫度的變化而改變，所以，我們增加了溫控裝置，即通過溫度傳感器（18B20），把當(dāng)前的溫度信息傳給單片機，再通過一定的算法，得到當(dāng)前的聲音速度。操作者可以通過幾個簡單的按鍵完成測量方式的選擇（實時監(jiān)測、手動測量）。由單片機產(chǎn)生一個信號，經(jīng)過信號線，把信號引入到與超聲波發(fā)射器相連的信號引腳上，在由超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，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

9、停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：其中，D為換能器與障礙物之間的距離，C為波聲傳播速度，T為超聲波發(fā)射到返回的時間間距。本次設(shè)計包含硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分，根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，采用AT89C52單片機，配置時鐘電路，復(fù)位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，由模擬電路和數(shù)字電路構(gòu)成超聲波發(fā)射、接收模塊。由鍵盤，LED顯示構(gòu)成人機對話通道，以及溫度傳感器來構(gòu)成由單片機最小系統(tǒng)來控制的超聲波測距儀，其結(jié)構(gòu)框圖如下：單片機最小系統(tǒng)發(fā)射、接收（模擬電路）信號保持（數(shù)字電路）溫度傳感器按鍵、LCD顯示圖2-1總結(jié)構(gòu)框圖3部分芯片介紹3

10、.1 AT89S52的簡介AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89S52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線

11、編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89S52芯片的管腳、引線與功能AT89S52芯片圖如圖3-1：圖3-1AT89S52芯片圖引腳信號介紹：P00P07 ：P0口8位雙向口線P10P17 ：P1口8位雙向口線P20P27 ：P2口8位雙向口線P30P37 ：P3口8位雙向口線訪問程序存儲器控制信號：當(dāng)信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當(dāng)信號為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。ALE地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口輸出低8位地址鎖存

12、起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外由于ALE是以晶振六分之一的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時鐘或外部定時脈沖作用。外部程序存儲器讀選取通信號：在讀外部ROM時有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。XTAL1和XTAL2外接晶體引線端：當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于拉外部的時鐘脈沖信號。RST復(fù)位信號：當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。VSS：地線VCC：+5V電源 P3口的第二功能如表3-1口線第二功能替代的專用功能P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2

13、外部中斷0P3.3外部中斷1P3.4T0定時器0的外部輸入P3.5T1定時器1的外部輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通表3-1 P3口的第二功能AT89S52的總線結(jié)構(gòu)AT89S52的管腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入、用戶I/O口部分P3外，其余管腳都是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了三總線形式，即：（1）地址總線（AB）：地址總線寬度為16位，因此，其外部存儲器直接地址外圍為64K字節(jié)。16位地址總線由P0經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0A7）；P2口直接提供高8位地址（A8A15）。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。時鐘電路ROMRAM定時/計數(shù)器CPU并行接口串行

14、接口中斷系統(tǒng)P0P1P2P3TXDRXD/INT0/INT1T0T1圖3-2 AT89S52結(jié)構(gòu)圖T2復(fù)位電路（3） 控制總線 （CB）：由部分P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、ALE、組成。AT89C52結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示：3.2溫度傳感器DS18B20經(jīng)過綜合考慮，我們采用美國達(dá)拉斯（Dallas）公司的單線數(shù)字溫度計傳感器芯片DS18B20作為溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以供單片機處理，它還具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點。DS18B20具有以下特點。 采用單線技術(shù)，與單片機通信只須一個引腳； 通過識

15、別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的應(yīng)用。 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為35.5V； 不需備份電源； 測量范圍為-55+125度，在-10+82度范圍內(nèi)的誤差為0.5度 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇，可配置實現(xiàn)912V的溫度讀數(shù)； 將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms; 用戶定義的、非易失性的溫度告警設(shè)置，用戶可自行設(shè)定告警的上下限溫度； 告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出設(shè)計預(yù)設(shè)告警界限的器件。溫度傳感器（DS18B20）的引腳分布圖及其功能 單片機選用Atmel公司常用的單片機

16、芯片AT89S52，它完全可以滿足采集、控制、數(shù)據(jù)處理的需要。 芯片引腳如圖3-3圖3-3溫度傳感器引腳圖引腳功能說明： NC（1、2、6、7、8腳）：空引腳，懸空不使用； VDD（3腳）：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DQ（4腳）：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平。單線（1-wire）技術(shù) 目前常用的微機和外設(shè)之間數(shù)據(jù)輸出的串行總線有I2C總線，SPI總線等，其中，I2C總線采用同步串行兩線（一根時鐘線，一根數(shù)據(jù)線）方式，而SPI總線采用同步串行三線（一根時鐘線，一根輸入線，一根數(shù)據(jù)輸出線）方式。這兩種總線需要至少兩根或兩根以上的信號線。美

17、國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出了一項特有的單線(1-wire)技術(shù)，該技術(shù)與上述總線不同，它采用單根信號線，即可傳輸時鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單線技術(shù)具有線路簡單、硬件開銷小、成本低、便于擴展的優(yōu)點。 單線技術(shù)適用于單主機系統(tǒng)，單主機能控制一個或多個從機設(shè)備。主機可以是微控制器，從機可以是單線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。主機或從機通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠釋放該線，而讓其他設(shè)備使用。單線通常要求外接一個約5K的上拉電阻，這樣，當(dāng)該線閑置時，其狀態(tài)為高電平。 主機和從機之間的通信主要分為3個步驟：初始化單線器件、識別單線

18、器件和單線數(shù)據(jù)傳輸。由于只有一根線通信，所以它們必須是嚴(yán)格的主從結(jié)構(gòu)，只有主機呼叫從機時，從機才能答應(yīng)，主機訪問每個單線器件都必須嚴(yán)格遵循單線命令序列。所有的單線器件都要遵循嚴(yán)格的協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。1-wire協(xié)議由復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1這幾種信號類型組成。這些信號中，除了應(yīng)符答脈沖，其他均由主機發(fā)起，并且所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。 DS18B20有兩種供電方式：寄生電源和外部電源。寄生電源簡單說起來就是器件從單線數(shù)據(jù)線中“竊取”電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量儲存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平時的時間期內(nèi)斷開些電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖?，?/p>

19、新接上寄生（電容）電源為止。寄生電源有兩個優(yōu)點。 可實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度檢測而無須本地電源。 沒有正常電源條件下也可以讀ROM。為了使DS18B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生時，DQ線上必須提供足夠的功率。因為DS18B20工作電流1。5mA，4.7K的上拉電阻將使得DQ線沒有足夠的驅(qū)動能力。如果多個DS18B20連接，而且同時變換時，這一問題將變得更為突出。解決的方法是在發(fā)生溫度變換時，在DQ線上提供強的上拉，比如用MOSFET管把DQ線直接拉到電源。 當(dāng)面作用寄生電源時，VDD引腳必須接地。 DS18B20的另一種的供電方式是將VDD引腳接外部電源（35.5V）。這種方法的優(yōu)點是在DQ線

20、上不要求強的上拉?？偩€上的主機在溫度變換期間不需要一直使DQ線保持高電平，這就允許在變換期間內(nèi)其他數(shù)據(jù)在單線上傳送。而且，在單線上可以放置多個DS18B20。如果它們都使用外部電源，那么通過發(fā)起“跳過ROM”命令，接著執(zhí)行“溫度變換”命令就可以同時完成各自的溫度變換。采用外部電源這種方式時，GND（地）引腳不可懸空。DS18B20的單線協(xié)議和命令：初始化 單線總線上所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：主機通過拉低單線480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入RX接收模式。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線器件DS18B20檢測到該上升沿后，延時1560us，通過拉低總線60240

21、us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機接收到本機的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。ROM操作命令一旦總線主機檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起ROM操作命令。共有5位ROM操作命令，如下表所示 ROM操作命令命令類型命令字節(jié)功能說明Read Rom（讀ROM)33H此命令讀到激光ROM中的64位，只能于總線上單個DS18B20器件的情況，多掛接則發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Match Rom(匹配ROM)55H此命令后跟64位ROM序列號，尋址多掛接總線上的對應(yīng)DS18B20，只有序列號完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。此命令可用于單掛或者多掛接總線。Skip Rom(跳過ROM)C

22、CH些命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無須提供64位ROM序列號即可運行內(nèi)存操作命令。如果總線上掛接多個DS18B20，并且在此命令后執(zhí)行讀寫命令，將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。Search Rom（搜索ROM）F0H主機調(diào)用此命令，通過一個打排除法過程，可以識別出總線上所有器件的ROM序列號。Alarm Search（告警搜索）ECH此命令流程和Search Rom命令相同，但是DS18B20只有在最近的一次溫度測量時滿足了告警觸發(fā)條件，才會響應(yīng)此命令。內(nèi)存操作指令在成功執(zhí)行了ROM操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機可提供6種內(nèi)存操作命令。命令類型命令字節(jié)功能說明Write Scratchpad(

23、寫暫存器)4EH此命令寫暫存器地址2地址4的3個字節(jié)在發(fā)起復(fù)位脈沖之前，3個字節(jié)都必須寫。Read Scratchpad（讀暫存器）BEH此命令讀取暫存器內(nèi)容，從字節(jié)0一直讀取到字節(jié)8。主機可以隨時發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。Copy Scratchpad(復(fù)制暫存器)48H此命令將暫存器中內(nèi)容復(fù)制進(jìn)EERAM，以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存。如在此命令后主機產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會輸出0，復(fù)制完成后再輸出1。Convert T(溫度轉(zhuǎn)換)44H此命令開始溫度轉(zhuǎn)換操作。如果在引命令后主機產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行溫轉(zhuǎn)換就會輸出0，轉(zhuǎn)換完成后再輸出1。Recall E2(重

24、調(diào)E2存器)B8H將存儲在EERAM中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器重新拷貝到暫存器中。此重調(diào)節(jié)操作在DS18B20加電時自動產(chǎn)生。ReadPowerSupply(讀供電方式)B4H主機發(fā)起此命令后的第個讀數(shù)據(jù)時隙內(nèi)，DS18B20會發(fā)信號通知它的供電方式：0為寄生電源方式，1為外部供電方式。數(shù)據(jù)處理首先來看寫時隙。當(dāng)主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時，產(chǎn)生寫時隙。有2種類型的寫時隙：寫“1”和寫“0”。所有寫時隙必須在60us以上（即由高拉低后持續(xù)60us以上），各個寫時隙之間必須保證最短1us的恢復(fù)時間。DS18B20在DQ線變低后的1560us的窗口對DQ線進(jìn)行采樣，如果為高電平，就為寫“1

25、”；如果為低電平就為寫“0”。對于主機產(chǎn)生寫“1”時隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先拉低，然后釋放，在寫時隙開始后的15us，允許DQ線拉至高電平。對于主機產(chǎn)生寫“0”時隙的情況，DQ線必須被拉至低電平且至少保持低電平60us。再來看讀時隙。當(dāng)主機從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時，產(chǎn)生讀時隙。數(shù)據(jù)線DQ必須保持低電平至少1us，來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時隙下降沿之后15us內(nèi)有效。因此，在些15us內(nèi)，主機必須停止將DQ引腳置低。在讀時隙結(jié)束時，DQ引腳將通過外部上拉電阻拉回至高電平。所有的讀時隙最短持續(xù)在60us，各個讀時隙之間必須保證最短1us的恢復(fù)時間。所有的讀寫時隙

26、至少需要60us，且每兩個獨立的時隙之間至少需要1us的恢復(fù)時間。在寫時隙中，主機將在拉低總線15us內(nèi)釋放總線，并向DS18B20寫“1”。若主機拉低總線后能保持至少60us的低電平，則向單總線器件寫“0”。 DS18B20僅在主機發(fā)出讀時隙時才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)主機向DS18B20發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令扣，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便DS18B20能傳輸數(shù)據(jù)。3.3 LCD顯示器LCD顯示器是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線的傳輸方向特性實現(xiàn)顯示信息的。液晶顯示器具有體積小、重量輕、功耗極低，顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器按其功能可以分為三類：筆段式液晶顯示器

27、、字符點陣式液晶顯示器和圖形點陣式液晶顯示器。前兩種可以顯示數(shù)字、字符和符號等。而圖形點陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，達(dá)到圖文并茂的效果。字符形液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式液晶顯示模塊。它是由若干個5*7或者是5*11等點陣符位組成的，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間，有一定點距間隔，這樣就起到了字符間距和行距的作用。要使用點陣型LCD液晶顯示器，必須要有相應(yīng)的LCD控制器、驅(qū)動器來對LCD液晶顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動，以及一定空間的ROM和RAM來存儲的寫入的命令和顯示字符的點陣?，F(xiàn)在往往將LCD控制器、驅(qū)動器、RAM、ROM和LCD顯示器連

28、接在一起，稱為液晶顯示模塊LCM。使用時只要向LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可以顯示所需的信息。目前市面上常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符液晶顯示模塊。這些LCM雖然顯示字?jǐn)?shù)各個相同，但是都具有相同的輸入輸出界面。3.3.1字符型液晶顯示模塊RT-1602C的引腳功能RT-1602C采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，各引腳情況如下：第1腳：VSS，電源地；第2腳：VDD，+5V；第3腳：VL，液晶顯示偏置電壓；第4腳：RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。第5腳：讀/寫選擇，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和共同為低電平時

29、可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為低電平為高電平時可以讀忙信號；當(dāng)RS為高電平時為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E，為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令。第7至14腳：D0至D7，為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：BLA，背光源正極第16腳：BLK，背光源負(fù)極 字符型液晶顯示模塊RT-1602C的內(nèi)部結(jié)構(gòu)液晶顯示模塊RT-1602C的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為三部分：一、LCD控制器，二、為LCD驅(qū)動器，三、LCD顯示裝置。如圖3-4所示。 圖3-4 晶顯示模塊RT-1602C的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器采用HD44780，驅(qū)動器采用HD44100。HD44100是集控制器、驅(qū)動器于一體，專用于字符顯

30、示控制驅(qū)動集成電路。HD44100是作擴展顯示字符位的。HD44780是字符型液晶顯示控制器的代表電路。HD44780集成電路的特點：（1）可選擇5*7或5*10點字符。（2）HD44780不僅可以作為控制器，而且還具有驅(qū)動16*40點陣液晶像素能力，并且HD44780的驅(qū)動能力可通過外接驅(qū)動器擴展360列驅(qū)動HD44780可控制的字符高達(dá)每行80個字，也就是5*80=400點，HD44780內(nèi)藏有16路行驅(qū)動器和40路列驅(qū)動器，所以HD44780本身就具有驅(qū)動16*40點陣LCD的能力（即單行16個字符或兩行8個字符）。如果在外部一HD44100外擴展多40路/列驅(qū)動，則可驅(qū)動16*2LCD

31、。（3）HD44780的顯示緩沖區(qū)DDRAM、字符發(fā)生存儲器（ROM）及用戶自定義的字符發(fā)生器CGRAM全部內(nèi)藏在芯處內(nèi)。HD447803有80個字節(jié)的顯示緩沖區(qū)，分兩行，地址分別為00H-27H，40H-67H，它們實際顯示地址的順序跟LCD的型號有關(guān)，液晶顯示模塊RT-1602C的顯示地址與實際顯示位置關(guān)系如圖所示。這些字符有阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符教都有一個固定的代碼。如數(shù)字“1”的代碼是00110001B（31H），又如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），可以看出英文字母的代碼與ASCII編碼相同。要顯示“1”時，只需將AS

32、CII碼31H存入DDRAM指定的位置，顯示模塊將在相應(yīng)的位置把數(shù)字“1”的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到數(shù)字“1”了。（4）HD44780具有8位數(shù)據(jù)和4位數(shù)據(jù)傳輸兩種方式，可與人4/8位CPU相連。（5）HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動、閃爍等顯示功能。指令格式與指令功能LCD控制器HD44780內(nèi)有多個寄存器，通過RS和引腳共同決定選擇哪一個寄存器選擇情況見表HD44780內(nèi)部寄存器選擇表RS寄存器及操作00指令寄存器寫出入01忙標(biāo)志和地址計數(shù)器讀出10數(shù)據(jù)寄存器寫入11數(shù)據(jù)寄存器讀出 總共有11條指令，它們的格式和功能如下：（1）清屏命令格式：RSD7D6D

33、5D4D3D2D1D00000000001功能：清除屏幕，將顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容全部寫入空格（ASCII20H）。 光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角。 地址計數(shù)器AC清零。（2）光標(biāo)復(fù)位命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D00000000010功能：光標(biāo)復(fù)位，回到顯示器的左上角。 地址計數(shù)器AC清零。 顯示緩沖區(qū)DDRAM的內(nèi)容不變。（3）輸入方式設(shè)置命令格式： RSD7D6D5D4D3D2D1D000000001I/DS功能：設(shè)定當(dāng)寫入一個字節(jié)后，光標(biāo)的移動方向以及后面的內(nèi)容是移動的。 當(dāng)I/D=1時，光標(biāo)從左向右移動，I/D=0時，光標(biāo)從右向左移動。 當(dāng)S=1時，內(nèi)容移動，S=0

34、時，內(nèi)容不移動。（4）顯示開關(guān)控制命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D00000001DCB功能：控制顯示的開關(guān)，當(dāng)D=1時顯示，D=0時不顯示。 控制光標(biāo)開關(guān)，當(dāng)C=1時光標(biāo)顯示，C=0時光標(biāo)不顯示。 控制字符是否閃爍，當(dāng)B=1時字符閃爍，B=0時字符不閃爍。（5）光標(biāo)移位置命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D000000IS/CR/L功能：移動光標(biāo)或整個顯示字幕移位。 當(dāng)S/C=1時整個顯示字幕移位，當(dāng)S/C=0時只光標(biāo)移位。 當(dāng)R/L=1時光標(biāo)右移，R/L=0時光標(biāo)左移。（6）功能設(shè)置命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D000001DLNF功能：設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù)，當(dāng)D

35、L=1時數(shù)據(jù)為8位，DL=0時數(shù)據(jù)位為4位。 設(shè)置顯示行數(shù)，當(dāng)N=1時雙行顯示，N=0時單行顯示。 設(shè)置字形大小，當(dāng)F=1時5*10點陣，F(xiàn)=0時為5*7點陣。（7）設(shè)置字庫CGRAM地址命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D000CGRAM的地址功能：設(shè)置用戶自定義CGRAM的地址，對用戶自定義CGRAM的訪問時，要先設(shè)定CGRAM的地址，地址范疇為0-63。（8）顯示緩沖區(qū)DDRAM地址設(shè)計命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D000DDRAM的地址功能：設(shè)置當(dāng)前顯示緩沖區(qū)DDRAM的地址，對DDRAM訪問時，要先設(shè)定DDRAM的地址，地址范疇為0127。（9）讀忙標(biāo)志及地址計

36、數(shù)器AC命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D001BFAC的值功能：讀忙標(biāo)志及地址計數(shù)器AC命令。 當(dāng)BF=1時表示忙，這時不能接收命令和數(shù)據(jù)：BF=0時表示不忙。 低7位為讀出的AC的地址，值為0127。（10）寫DDRAM或CGRAM命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D010寫入的數(shù)據(jù)功能：向DDRAM或CGRAM當(dāng)前位置寫入數(shù)據(jù)。對DDRAM或CGRAM寫入數(shù)據(jù)之前必須設(shè)定DDRAM或CGRAM的地址。（11）讀DDRAM或CGRAM命令格式：RSD7D6D5D4D3D2D1D011讀出的數(shù)據(jù)功能：從DDRAM或CGRAM當(dāng)前位置中讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)DDRAM或CGRAM讀出數(shù)

37、據(jù)時，先須設(shè)定DDRAM或CGRAM的地址。 LCD顯示器的初始化LCD使用之前須對它進(jìn)行初始化，初始化可通過復(fù)位完成，也在復(fù)位后完成，初始化過程如下：（1） 清屏。（2） 功能設(shè)置。（3） 開/關(guān)顯示設(shè)置。（4） 輸入方式設(shè)置。4單元電路設(shè)計說明4.1.1直流穩(wěn)壓電源 小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，如圖4-1所示。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 uI U0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _圖4-1穩(wěn)壓電源的組成框圖 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 圖4-2

38、整流與穩(wěn)壓過程圖1穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過程本次的設(shè)計的穩(wěn)壓電源電路原理圖如圖所示：圖4-3 電源變壓器部分電路設(shè)計電源變壓器作用是將電網(wǎng)220V的變流電壓V1變換成整流濾波電路所需的變流電壓V2。變壓器副邊與原邊的功率比P2/P1=，式中為變壓器的效率。整流濾波電路設(shè)計整流電路將交流電壓變成單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成份，合之成為平滑的直流電壓。小功率直流電源因功率比較小，通常采用單相交流供電。由于橋式整流電路克服了半波整流的缺點，在橋式整流電路中，由于每兩只二極管只導(dǎo)通半個周期，故流過每個二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半，與半波整流電路相比較，

39、其輸出電壓提高，脈動成分減小了。為了獲得平滑的直流電壓，常在整流電路的后面加接濾波電路，以濾去交流成分。濾波電路常見的有電容濾波電路（主要利用電容兩端電壓不能突變的特性，使負(fù)載電壓波形平滑，故電容應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)）、電感濾波電路及型濾波電路。本設(shè)計采用電容濾波電路。穩(wěn)壓電路設(shè)計穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入交流電源電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。由于三端式穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有應(yīng)用時外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。三端固

40、定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列和CW7900系列。正壓系列：CW7800系列，該系列穩(wěn)壓塊有過流、過熱和調(diào)整管工作保護(hù)，以防過載而損壞。一般不需要接元件即可工作，有時為改善性能也加少量元件。負(fù)壓系列：CW7800系列與CW7900系列相比，除了輸出電壓極性、引腳定義不同外，其他特點都相同。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一是特性指標(biāo)：包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)（或電壓調(diào)整流器率）、輸出電阻（或電流調(diào)整率）、溫度系數(shù)及紋波電壓等。圖4-4 時鐘振蕩電路4.2單片機時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機

41、工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地作。（1）時鐘信號的產(chǎn)生單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在5pF30pF,典型值為30pF。晶振的頻率通常選擇兩種6MHz和12MHz。只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機

42、內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。（2）時鐘振蕩電路如圖4-4所示。4.3單片機復(fù)位電路復(fù)位電路是使單片機的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。（1）單片機常見的復(fù)位電路通常單片機復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機上電時復(fù)位操作，保證單片機上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來實現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡單的多。如果要實現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下RESET鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來實現(xiàn)的在此設(shè)計中，采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路如圖4-5所示：（2）復(fù)位

43、電路工作原理圖4-5 復(fù)位電路圖上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時可以自動復(fù)位，而且在單片機運行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。故本設(shè)計選用第二種上電復(fù)位與按鍵均有效的各單位電路。4.4單片機鍵盤電路鍵盤電路是很多設(shè)計中很重要的組成部分。它主要是輸入設(shè)備。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中鍵盤有獨立式和行列式兩種。獨立式鍵盤：獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一根I/O口線，每個按鍵電路相對獨立。I

44、/O口通過按鍵與地相連，I/O口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電平，有鍵按下時，引腳電平被拉低。I/O口內(nèi)部有上拉電阻時，外部可不接上拉電阻。行列式鍵盤：行列式鍵盤鍵數(shù)比較多，從按一個鍵到鍵功能被執(zhí)行主要包括兩項工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是那一個鍵，另一項是鍵功能的實現(xiàn)，第一項是接口電路來實現(xiàn)的，而第二項是通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)的。具體來說，鍵盤借口應(yīng)完成以下操作功能： 鍵盤掃描，以判斷是否有鍵按下。 鍵識別，以來確定閉和鍵的行列位置。 產(chǎn)生閉和鍵的鍵碼。 排除多鍵，串鍵以及抖動。本次設(shè)計中采用的是獨立式鍵盤，鍵盤電路圖如圖4-6所示：圖4-6與單片機相連的獨立式鍵盤4.

45、5超聲波發(fā)射電路4-7超聲波發(fā)射原理圖超聲波信號由單片機產(chǎn)生，信號經(jīng)過三極管后驅(qū)動超聲波換能器發(fā)送超聲波，途中碰到障礙物就立即返回。否則認(rèn)為沒有探測到物體。此電路有兩個三極管構(gòu)成推拉式驅(qū)動電路，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)信號線來一個高電平時，三極管Q1導(dǎo)通，Q1的集電極高電平，Q2截止，Q2的發(fā)射極為低電平，從而使超聲波換能器工作。在此電路圖中的電容（C1）起隔直耦合作用。4.6超聲波接收電路圖4-8超聲波接收原理圖超聲波接收是用來將探測波回波的聲能轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)超聲波回波的接收。在被測物距離較遠(yuǎn)的情況下回波很弱，要求將信號多次放大，放大后的信號整形、比較、觸發(fā)后產(chǎn)生中斷信號，此中斷信號向C

46、PU發(fā)中斷請求，執(zhí)行中斷服務(wù)程序中，讀取計時器的定時值。此電路由信號放大部分，檢波部分，電壓比較部分和信號保持部分組成，收到的信號經(jīng)過兩級放大，再通過倍壓式峰值檢波電路檢波，得到一個基本穩(wěn)定的信號，再通過與電壓比較器比較，若信號電壓大于參考電壓，則輸出高電平，若低于參考電壓則輸出為低電平，若輸出高電平，則RS觸發(fā)器觸發(fā)，輸出高電平，且一直保持下去，直到單片機給出控制信號，觸發(fā)器回到低電平狀態(tài)。超聲波從發(fā)射到接收時間間距的測量，是由單片機內(nèi)部的計數(shù)器（如T0）來完成的 。超聲波從發(fā)射到接收的時間間隔的測量, 是由單片機內(nèi)部的計數(shù)器(如T 0) 來完成的。在CPU 停止發(fā)送脈沖群后, 由于電阻尼,

47、 換能器不會立即停止發(fā)送超聲波, 在一定時間內(nèi)仍然發(fā)送。這段時間的存在使系統(tǒng)不能夠測量比較近的物體, 形成所謂的“盲區(qū)”, 需要對盲區(qū)時間產(chǎn)生的信號進(jìn)行屏蔽, 不同性能的超聲波換能器的盲區(qū)有所差異, 以一個通道工作的時序為例進(jìn)行說明, 如圖4-9 所示。圖4-9 一個通道的工作時序4.7單片機最小系統(tǒng)控制運算模塊總原理圖圖4-105軟件設(shè)計流程圖5.1主流程圖圖5-1主流程圖5.2溫度讀取程序 圖5-2 溫度檢測程序5.3 LCD顯示流程圖圖5-3 LCD顯示流程圖5.4外中斷服務(wù)程序關(guān)定時器關(guān)中斷讀取時間值返回圖5-4外中斷服務(wù)程序5.5超聲波發(fā)射接收程序定時器初始化發(fā)射超聲波開計時器返回停

48、止發(fā)射圖5-5 超聲波發(fā)射程序5.6鍵掃子程序圖5-6 鍵掃子程序6調(diào)試說明6.1 軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件設(shè)計、調(diào)試的過程如圖61所示源程序編輯 編譯Y有語法錯誤？ 動態(tài)在線調(diào)試有邏輯錯誤？ 成功NYN圖61其過程分為以下幾個步驟：第一步，建立源程序。通過計算機開發(fā)系統(tǒng)的編輯軟件，按照所要求的格式、語法規(guī)定、源程序輸入到開發(fā)系統(tǒng)中，并存在磁盤上。第二步，在計算機上，利用KILE軟件對第一步輸入的源程序進(jìn)行編譯，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼。如果源程序有語法錯誤，則其錯誤將顯示出來，然后返回到第一步進(jìn)行修改，再進(jìn)行編譯，直到語法錯誤全部糾正為止。第三步，動態(tài)在線調(diào)試。對于與系統(tǒng)、硬件無聯(lián)系的程序，可以借助動態(tài)

49、在線調(diào)試手段，如單步運行、設(shè)置斷點等，發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤，然后返回到第一步修改，直到邏輯錯誤糾正為止。對于與系統(tǒng)硬件緊密相關(guān)的程序，則需軟件，硬件同時進(jìn)行調(diào)試，將程序燒入CPU，然后將CPU 插入系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)硬件故障排除故障，發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤，修改程序，消除邏輯錯誤。6.2 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試分兩步：第一步：系統(tǒng)上電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件邏輯設(shè)計圖，仔細(xì)檢查線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線是否存在相互之間短路或與其它信號線的短路。第二步：第一步的調(diào)試，只是對系統(tǒng)進(jìn)行初步調(diào)試，可以排除一些明顯的故

50、障，而硬件故障（如各個部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯誤）主 要是靠軟件和硬件聯(lián)調(diào)來排除。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能完全分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)和被糾正的。7 誤差分析7.1超聲波回波聲強的影響回波的聲強與障礙物距離的遠(yuǎn)近有直接關(guān)系, 實際測量時, 不一定是第一個回波的過零點觸發(fā), 其原理如圖7-1 所示。這種誤差不能從根本上消除, 但是可以通過根據(jù)障礙物的距離調(diào)整脈沖群的脈沖個數(shù)以及動態(tài)調(diào)整比較電壓來減小這種誤差。另一方面將求距離公式后加一個補償系數(shù)來補償計時誤差,(a 與距離、脈沖個數(shù)相關(guān)) 。圖7-1脈沖個數(shù)與回波聲強對計時影響示意圖7.2 超聲波波束入射角的影響如果

51、系統(tǒng)是用來測量面與點的距離, 則被測物、換能器及換能器所在測量參考平面三者之間存在一個幾何角度, 即反射波入射到換能器的角度, 當(dāng)這個角度不是90時, 系統(tǒng)測量到的距離是障礙物與換能器之間的距離而不是和測量參考平面之間的距離, 這就會造成測量誤差, 如圖7-2 所示。圖7-2超聲波回波入射角影響分析圖當(dāng)障礙物的距離較小時, 這個誤差就會成為近距離時的主要誤差來源?？梢杂枚鄠€換能器同時測量, 利用幾何關(guān)系來計算得出實際距離, 消除這種誤差。 式中 -換能器a 、b到被測物的距離 - 換能器a、b之間的距離 -被測物到測量的距離7.3超聲波傳播速度的影響穩(wěn)定準(zhǔn)確的聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件, 傳播介質(zhì)的溫度、壓力及密度對聲速都產(chǎn)生直接影響。對于在大氣中傳播的聲波而言, 引起聲速變化的主要原因是溫度的變化。采用聲速預(yù)置和傳播介質(zhì)溫度測量結(jié)合的方法對聲速進(jìn)行修正, 可有效地降低溫度變化產(chǎn)生的誤差。在對距離的精確度要求不高的應(yīng)用中可以不進(jìn)行溫度補償, 選擇室溫20左右時的聲速340m/s作為固定參數(shù), 當(dāng)溫度在- 10 40 之間變化時聲速誤差在5% 之間。如果在室外測量, 對于季節(jié)溫差大的地區(qū), 還可以采用預(yù)置該地區(qū)12 個月的統(tǒng)計溫度, 用以對溫度進(jìn)行補償, 既可提高精度, 又不增加成本。影響測量誤差的因素8 很多, 包括現(xiàn)場環(huán)境干擾、時基脈沖頻率