自動身高測量儀設(shè)計(jì).

1、目動身高測量儀摘要：隨著科技的開展和社會的進(jìn)步,人們的物質(zhì)和文化生活變得越來越豐富.對生活的健康程度也越來越重視,因此產(chǎn)生了很多有助于人們測試健康標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和器材,以滿足人們對美的需求.自動身高測量儀那么是其中的一個(gè)明顯的例子,基于消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、方便的消費(fèi)心理,本課題設(shè)計(jì)采用市場上熟知的51系列的單片機(jī)和綠色環(huán)保無噪音的超聲波發(fā)射與接收裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究,以求到達(dá)本次設(shè)計(jì)的要求和目的.基于51系列單片機(jī)功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)簡便等優(yōu)點(diǎn),本次設(shè)計(jì)使用匯編語言編程來滿足需求.利用超聲波發(fā)射和接收裝置,檢波器檢測超聲波的有無回波和放大電路放大信號,再通過單片機(jī)內(nèi)部計(jì)算處理求出所測身高的距離.求得的距離

2、通過語音播報(bào)電路播報(bào)出距離長度,完本錢次測量身高的目的.同時(shí)已到達(dá)本次課題設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求.通過本次設(shè)計(jì)以培養(yǎng)自我的運(yùn)用知識和理解等方面的水平,同時(shí)也培養(yǎng)了探索知識和解決問題的水平,為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的根底.關(guān)鍵詞：匯編語言,51單片機(jī),放大器,檢波器,語音播報(bào)目錄1 前言21. 1超聲波測身高儀的設(shè)計(jì)思路22. 2課題設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求32 課題的方案設(shè)計(jì)與論證32. 1系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)43. 2系統(tǒng)整體方案的論證44. 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44.1 單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測身高原理54.2 超聲波發(fā)射電路63.3超聲波檢測接收電路73.4超聲波測身高系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)84系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)1

3、04.1超聲波測身高儀的算法設(shè)計(jì)104.2主程序流程圖104.3超聲波發(fā)生子程序與超聲波接受中斷程序114.4系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試11總結(jié)12致謝14參考文獻(xiàn)15附錄一超聲波測身高電路原理圖16附錄二程序及元件清單171前言隨著科學(xué)技術(shù)的快速開展,超聲波將在測身高儀中的應(yīng)用越來越廣.但就目前技術(shù)水平來說,人們可以具體利用的測身高技術(shù)還十分有限,因此,這是一個(gè)正在蓬勃開展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域.展望未來,超聲波測身高儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的開展空間,它將朝著更加高定位高精度的方向開展,以滿足日益開展的社會需求,如聲納的開展趨勢根本為：研制具有更高定位精度的被動

4、測身高聲納,以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)開展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納,實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納,特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題；大力降低潛艇自噪聲,改善潛艇聲納的工作環(huán)境.無庸置疑,未來的超聲波測身高儀將與自動化智能化接軌,與其他的測身高儀集成和融合,形成多測身高儀.隨著測身高儀的技術(shù)進(jìn)步,測身高儀將從具有單純判斷功能開展到具有學(xué)習(xí)功能,最終開展到具有創(chuàng)造力.在新的世紀(jì)里,面貌一新的測身高儀將發(fā)揮更大的作用.隨著科技的開展,人們生活水平的提升,城市開展建設(shè)加快,城市給排水系統(tǒng)也有較大開展,其狀況不斷改善.但是,由于歷史原因合成時(shí)間住的許

5、多不可預(yù)見因素,城市給排水系統(tǒng),特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè).因此,經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象.城市污水給人們帶來了困擾,因此箱涵的排污疏通對大城市給排水系統(tǒng)污水處理,人們生活舒適顯得非常重要.而設(shè)計(jì)研制箱涵排水疏通移動機(jī)器人的自動限制系統(tǒng),保證機(jī)器人在箱涵中自由排污疏通,是箱涵排污疏通機(jī)器人的設(shè)計(jì)研制的核心局部.限制系統(tǒng)核心局部就是超聲波測身高儀的研制.因此,設(shè)計(jì)好的超聲波測身高儀就顯得非常重要了.這就是我設(shè)計(jì)超聲波測身高儀的意義.1.1 超聲波測身高的設(shè)計(jì)思路1.1.1 超聲波測身高原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度U在空氣中傳播,在到達(dá)被測物體時(shí)被反射返回,由接收

6、器接收,具往返時(shí)間為t,由$02即可算出被測物體的距離.由于超聲波也是一種聲波,其聲速v與溫度有關(guān),下表列出了幾種不同溫度下的聲速.在使用時(shí),如果溫度變化不大,那么可認(rèn)為聲速是根本不變的.如果測身高精度要求很高,那么應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?超聲波發(fā)射超聲波接收表1-1超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度(C)-30-20-100102030100聲速("s)313319325323338344349386頭頂端圖2-1超聲波測身高儀原理框圖1.2課題設(shè)計(jì)任務(wù)的內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：利用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于自動測量身高的測量儀,傳感器輸出信號經(jīng)單片機(jī)處理后驅(qū)動語音電路自動報(bào)出身高值.設(shè)計(jì)要求：(

7、1)設(shè)計(jì)方案選擇合理,到達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)要求.(2)設(shè)計(jì)思路清楚,原理框圖正確,元器件選擇恰當(dāng),計(jì)算正確；軟件流程圖正確合理,源程序完整；說明書簡明扼要,文字流暢,論點(diǎn)明確,書寫工整.(3)圖紙表達(dá)正確,符合制圖標(biāo)準(zhǔn)；圖面整潔,布局合理,圖中電氣連接和元器件符號符合要求.(4)設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和政策要求.(5)在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)真、按時(shí)完成各階段的設(shè)計(jì)、計(jì)算、編程、繪圖、調(diào)試任務(wù).2課程的方案設(shè)計(jì)與論證2.1 系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)及原理框圖由于超聲波指向性強(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)常用于距離的測量.利用超聲波檢測身高離,設(shè)計(jì)比擬方便,計(jì)算處理也較簡單,并

8、且在測量精度方面也能到達(dá)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等自動化的使用要求.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(jī)械方式產(chǎn)生超聲波.電氣方式包括壓電型、電動型等；機(jī)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.目前在近距離測量方面常用的是壓電式超聲波換能器.根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素,本文采用AT89S51單片機(jī)作為限制器,用動態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示,超聲波驅(qū)動信號用單片機(jī)的定時(shí)器.2.1.1 超聲波測身高原理框圖如下列圖單片機(jī)發(fā)出40kHz的信號,經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大

9、,用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后,啟動單片機(jī)中斷程序,測得時(shí)間為t,再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算,得出距離數(shù)并送語音播報(bào).圖2-2超聲波測量身高原理框2.2 系統(tǒng)整體方案的論證超聲波測身高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)用的測身高方法有兩種,一種是在被測身高離的兩端,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,適用于測身高儀.此次設(shè)計(jì)采用反射波方式.測身高儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇.超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器,常用的材料是壓電陶瓷.由于超聲波在空氣中傳播時(shí)會有相當(dāng)?shù)乃p,衰減的程度與頻率的上下

10、成正比；而頻率高分辨率也高,故短距離測量時(shí)應(yīng)選擇頻率高的傳感器,而長距離的測量時(shí)應(yīng)用低頻率的傳感器.3系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)射電路和超聲波檢測接收電路三局部.單片機(jī)采用AT89S51或其兼容系列.采用12MHz高精度的晶振,以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率,減小測量誤差.單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號,利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號.顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陽LE國碼管,段碼用74LS244驅(qū)動,位碼用PNPE極管8550驅(qū)動.3.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)及測身高原理3.1.1 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)

11、5l系列單片機(jī)中典型芯片AT89S51采用40引腳雙列直插封裝DIP形式,內(nèi)部由CPU4kB的ROM256B的RAM2個(gè)16b的定時(shí)/計(jì)數(shù)器TO和T1,4個(gè)8b的工/O端I:IP0,P1,P2,P3,一個(gè)全雙功用行通信口等組成.特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲器EPROM使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途,在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用.該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖2-1所示.1piarrpooFlIfTFO1P13POC2PISPOSP14PCMP15FO5FISFOGPl7FO7INTIPRINTOF2：iF22T71Pi3TOP24.P2SEA/VF

12、F3M5F27KI文2RESETRXDTXDALE/PWRPSEbT3923333743SS35國34了33833212215232414253127192310ILS3113016£U8UIAT3!?S1圖3-151系列單片機(jī)封裝圖51系列單片機(jī)提供以下功能：4kB存儲器；256BRAM32條工/O線；2個(gè)16b定時(shí)/計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路.空閑方式：CPU亭止工作,而讓RAM定時(shí)/計(jì)數(shù)器、用行和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.掉電方式：保存RAM勺內(nèi)容,振蕩器停振,禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復(fù)位.51系列單片機(jī)為許多限制提供了高度靈活和低本錢的解決方法

13、.充分利用他的片內(nèi)資源,即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測身高系統(tǒng).3.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測身高原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測身高是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波,從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差tr,然后求出距離S=Ct/2,式中的C為超聲波波速.限制該系統(tǒng)的最大可測身高離存在4個(gè)因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度.接收換能器對聲波脈沖的直接接收水平將決定最小的可測身高離.為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差,可采用多個(gè)超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射/接收的設(shè)計(jì)方法.由于超聲波屬于聲波范圍,其波速C與溫度有關(guān).3.2 超聲

14、波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖2-2所示.發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成,單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極,另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極,用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端,可以提升超聲波的發(fā)射強(qiáng)度.輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián),用以提升驅(qū)動水平.上位電阻R10R11一方面可以提升反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動水平,另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果,縮短其自由振蕩時(shí)間圖3-2超聲波發(fā)射驅(qū)動電路原理壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的.超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片

15、和一個(gè)換能板.當(dāng)它的兩極外加脈沖信號,其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶片會發(fā)生共振,并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波,這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之,如果兩電極問未外加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí),將壓迫壓電晶片作振動,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號,這時(shí)它就成為超聲波接收換能器.超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同,使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志.語音播報(bào)電路圖及原理如下列圖：mm圖3-3超聲波測量身高語音播報(bào)電路3.3 超聲波檢測接收電路集成高速運(yùn)算放大電路TL082是一款性能優(yōu)良的芯片,運(yùn)用它對所接收到的微弱信號進(jìn)行放大,使信號幅值到達(dá)后面的檢波電路所要求的最低幅值.本接收電路靈敏度高,所

16、需要元器件少,電路連接簡單,本錢低,很適合大批量生產(chǎn).電路原理圖如下：圖3-4超聲波檢測接收電路3.4 超聲波測身高系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用單片機(jī)限制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接收往返時(shí)間的計(jì)時(shí),單片機(jī)選用AT89S51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2-4所示.其中只畫出前方測身高電路的接線圖,左側(cè)和右側(cè)測身高電路與前方測身高電路相同,故省略之.卡-LK_*圖3-5超聲波測身高電路原理圖4系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)超聲波測身高儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成.我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法,匯編語言程序那么具有

17、較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間,而超聲波測身高儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算(計(jì)算距離時(shí)),又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間(超聲波測身高時(shí)),所以限制程序可采用C語言和匯編語言混合編程.4.1 超聲波測身高儀的算法設(shè)計(jì)超聲波測身高的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號,當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來,就被超聲波接收器R所接收到.這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間,就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離.距離的計(jì)算公式為：d=s/2=(cxt)/2(1)其中,d為被測物與測身高儀的距離,s為聲波的往返的路程,c為聲速,t為聲波往返所用的時(shí)間.在啟動發(fā)射電路的同時(shí)

18、啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器TO,利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間.當(dāng)收到超聲波反射波時(shí),接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變,在INTO或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號,單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求,執(zhí)行外部中斷效勞子程序,讀取時(shí)間差,計(jì)算距離4.2 主程序流程圖軟件分為兩局部,主程序和中斷效勞程序,如圖3-1(a)(b)(c)所示.主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的限制.定時(shí)中斷效勞子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射,外部中斷效勞子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作.(a)主程序(b)發(fā)射子程序(c)測身高子程序圖4-1主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化,設(shè)置

19、定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式.置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0.然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖,為了防止超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā),需要延時(shí)約0.1ms(這也就是超聲波測身高儀會有一個(gè)最小可測身高離的原因)后,才翻開外中斷0接收返回的超聲波信號.由于采用的是12MHz的晶振,計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1s,當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后,將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波往返所用的時(shí)間)按式(2)計(jì)算,即可得被測物體與測身高儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí)取20c時(shí)的聲速為344m/s那么有：d=(cxt)/2(2)其中,T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值.測量身高的

20、公式如下：d=300-(cXt)/2(3)測出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCDK方式送往LED顯示約0.5s,然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程.為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離,主程序采用匯編語言編寫.4.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P2.5端口發(fā)送4個(gè)左右超聲波脈沖信號(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翻開進(jìn)行計(jì)時(shí).超聲波發(fā)生子程序較簡單,但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確,所以采用匯編語言編程.超聲波測身高儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號,一旦接收到返回超聲波信號(即INT0引腳出現(xiàn)低電平),立即進(jìn)入中斷程序.進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)

21、時(shí)器T0停止計(jì)時(shí),并將測身高成功標(biāo)志字賦值1.如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號,那么定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉,并將測身高成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測身高不成功.前方測身高電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口,中斷優(yōu)先級最高,左、右測身高電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口,同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端,中斷源的識別由程序查詢來處理,中斷優(yōu)先級為先右后左.4.4 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試超聲波測身高儀的制作和調(diào)試都比擬簡單,其中超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器TCT40-10F1T發(fā)射和TCT40-10S1R接收,中央頻率為40kHz,安裝時(shí)應(yīng)保

22、持兩換能器中央軸線平行并相距48cm其余元件無特殊要求.假設(shè)能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來,那么可提升抗干擾水平.根據(jù)測量范圍要求不同,可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小,以獲得適宜的接收靈敏度和抗干擾水平.硬件電路制作完成并調(diào)試好后,便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行.根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時(shí)間,以適應(yīng)不同距離的測量需要.根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路參數(shù)和程序,測身高儀能測的范圍為0300cm測身高儀最大誤差不超過1cm系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行屢次實(shí)驗(yàn)分析,不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其到達(dá)實(shí)際使用的測量要求.軟件的源程序見附錄二總結(jié)由于

23、時(shí)間和其它客觀上的原因,此次設(shè)計(jì)沒有做出實(shí)物.但是對設(shè)計(jì)有一個(gè)很好的理論根底.設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測身高儀能夠產(chǎn)生超聲波,實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收,從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離.以數(shù)字的形式顯示測量距離.超聲波測身高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)用的測身高方法有兩種,一種是在被測身高離的兩端,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,適用于測身高儀.此次設(shè)計(jì)采用反射波方式.超聲波測身高儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三局部.單片機(jī)采用AT89

24、S51或其兼容系列.采用12MHz高精度的晶振,以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率,減小測量誤差.單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號,利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號.顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管,段碼用74LS244驅(qū)動,位碼用PNP三極管8550驅(qū)動.超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成,單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極,另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極,用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端,可以提升超聲波的發(fā)射強(qiáng)度.輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián),

25、用以提升驅(qū)動水平.上位電阻R10R11一方面可以提升反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動水平,另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果,縮短其自由振蕩時(shí)間.壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的.超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板.當(dāng)它的兩極外加脈沖信號,其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶片會發(fā)生共振,并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波,這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之,如果兩電極問未外加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí),將壓迫壓電晶片作振動,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號,這時(shí)它就成為超聲波接收換能器.超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同,使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志.超聲波檢測接收電路主

26、要是由集成電路CX20216A&成,它是一款紅外線檢波接收的專用芯片,常用于電視機(jī)紅外遙控接收器.考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測身高的超聲波頻率40kHz較為接近,可以利用它制作超聲波檢測接收電路.實(shí)驗(yàn)證實(shí)用CX20216A接收超聲波無信號時(shí)輸出高電平,具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾水平.適當(dāng)更改電容C4的大小,可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾水平.超聲波測身高儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成.我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法,匯編語言程序那么具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間,而超聲波測身高儀的程序既有較復(fù)雜的

27、計(jì)算計(jì)算距離時(shí),又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間超聲波測身高時(shí),所以限制程序可采用C語言和匯編語言混合編程.主超聲波測身高儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號,一旦接收到返回超聲波信號即INT0引腳出現(xiàn)低電平,立即進(jìn)入中斷程序.進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí),并將測身高成功標(biāo)志字賦值1.如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號,那么定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉,并將測身高成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測身高不成功.前方測身高電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口,中斷優(yōu)先級最高,左、右測身高電路的輸出通過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口,同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端,

28、中斷源的識別由程序查詢來處理,中斷優(yōu)先級為先右后左.超聲波測身高的算法設(shè)計(jì)原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號,當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測物體后反射回來,就被超聲波接收器R所接收到.這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時(shí)間,就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離.在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0,利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間.當(dāng)收到超聲波反射波時(shí),接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變,在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號,單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請求,執(zhí)行外部中斷效勞子程序,讀取時(shí)間差,計(jì)算距離.在元件及調(diào)制方面,由于采用的電路使用了很多

29、集成電路.外圍元件不是很多,所以調(diào)試應(yīng)該不會太難.一般只要電路焊接無誤,稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作.電路中除集成電路外,對各電子元件也無特別要求.根據(jù)測量范圍要求不同,可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0勺大小,以獲得適宜的接收靈敏度和抗干擾水平.假設(shè)能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來,那么可提升抗干擾水平.致謝首先,我要感謝我的導(dǎo)師肖興達(dá)老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求,同時(shí)也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所給予我得幫助.在我畢業(yè)論文寫作期間,各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)心,沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷,我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì),借此時(shí)機(jī),向您們表示由

30、衷的感謝.同時(shí)還要感謝系實(shí)驗(yàn)室在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間提供應(yīng)我們優(yōu)越的實(shí)驗(yàn)條件.接著,我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué).在畢業(yè)設(shè)計(jì)的短短1個(gè)月里,你們給我提出很多珍貴的意見,給了我不少幫助還有工作上的支持,在此也真誠的謝謝你們.同時(shí),我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友,正是在這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛,相互促進(jìn)的環(huán)境中,在和他們的相互幫助和啟發(fā)中,才有我今天的小小收獲.最后我要深深地感謝我的家人,正是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人,在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的愛、理解和支持,才使我時(shí)刻充滿信心和勇氣,克服成長路上的種種困難,順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí).還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友,在此無法一一列舉,在此也一并表示忠

31、心地感謝！參考文獻(xiàn)1胡萍.超聲波測身高儀的研制.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2003.102時(shí)德剛,劉嘩.超聲波測身高的研究.計(jì)算機(jī)測量與限制,2002.103華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社,2002.54李華.MCU-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1993.65陳光東.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)第二版.武漢：華中理工大學(xué)出版社,1999.46徐淑華,程退安,姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999.6.7蘇長贊.紅外線與超聲波遙控.北京：人民郵電出版社,1993.78張謙琳.超聲波檢測原理和方法.北京：中國科技

32、大學(xué)出版社,1993.109九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.510樊昌元,丁義元.高精度測身高雷達(dá)研究.電子測量與儀器學(xué)報(bào),2000.1011蘇偉,鞏壁建.超聲波測身高誤差分析.傳感器技術(shù),2004.12永學(xué)等.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B2CM應(yīng)用.電子產(chǎn)品世界,2003.1213勝全.D18B20數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制.南京：南京大學(xué)出版社1998.314恒清,張靖.增強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾水平的方法.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào),2004.1015哈曉,袁慧梅.單片機(jī)系統(tǒng)的印制板設(shè)計(jì)與抗干擾技術(shù).電子工藝技術(shù),2004.616豐,薛紅宣.采用軟

33、件抗干擾設(shè)計(jì)提升微機(jī)系統(tǒng)的可靠性.電子產(chǎn)品世界,2004.117占操,梁厚琴,曹燕.單片機(jī)系統(tǒng)中的軟件抗干擾技術(shù).電子技術(shù),2003.318華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社,2002.519繼興,劉霞.單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾舉措分析.電子測量技術(shù),200320田華等.可編程單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B2的原理與應(yīng)用.電子質(zhì)量,2004.7附錄附錄一超聲波測身高電路原理圖超聲波測身高電路原理圖(TO附錄二程序清單:XS0EQUP0數(shù)據(jù)端0對應(yīng)位3)XS1EQUP1數(shù)據(jù)端1對應(yīng)位2)XS2EQUP2數(shù)據(jù)端2對應(yīng)位1)FSBITP3.040Khz發(fā)射端BJBITP3.

34、1超量程報(bào)警ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPMAINVORG000BHLJMPYCBJORG0030HMAIN:MOVTMOD,#01HSETBEASETBET0HH0:MOV50H,#05MOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR0CLREX0HH1:CLRFS;40Khz脈沖發(fā)射MOV30H,#05HDJNZ30H,$SETBFSMOV30H,#03HDJNZ30H,$NOPDJNZ50H,HH1SETBEX0LCALLTT1LJMPHH0MAINV:CLRTR0CLRCYMOVA,TL0SUBBA,#3CHMOVTL0,AMOVA,TH0SUBBA,#00HMOVTH0,ALCALLCFLCALLDAAMOVDPTR,#W0;MOVA,36HANLA,#0FHMOVCA,A+DPTRMOVXS2,AMOVDPTR,