基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距防撞系統(tǒng)方案

1、PAGE49 / NUMPAGES49畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目： 基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距防撞系統(tǒng) 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與其自動(dòng)化 姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：完成時(shí)間： 2013-05 摘 要近年來(lái)我國(guó)高速公路追尾碰撞事故頻繁發(fā)生，而車載追尾碰撞預(yù)警系統(tǒng)在解決高速公路行車安全中具有良好的前景，因此引起了研究人員的廣泛關(guān)注。根據(jù)超聲波測(cè)量距離系統(tǒng)，給出了汽車測(cè)距防撞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能在汽車行駛以與倒車過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)，出汽車與最近障礙物之間的距離( 或行車中的車距) 并通過(guò)L E D 顯示出來(lái)， 當(dāng)?shù)竭_(dá)極限距離時(shí) 系統(tǒng)能發(fā)出聲光報(bào)警 進(jìn)而提醒司機(jī)雌防撞車。在公路

2、、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，15的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 超聲波一般指頻率在20 kHz以上的機(jī)械波，具有穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)

3、計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，但其傳輸速度受天氣影響較大，不能精確測(cè)距；另外，超聲波能量與距離的平方成正比衰減，因此，距離越遠(yuǎn)，靈敏度越低，從而使超聲波測(cè)距方式只適用于較短距離。目前，國(guó)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離為45 m，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距中本文根據(jù)聲波在空氣中傳播反射原理，以超聲波換能器為接口部件，介紹了基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距器。該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號(hào)接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示以與聲光告警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測(cè)距器的硬件組成、檢測(cè)原理、方法以與軟件結(jié)構(gòu)。超聲波發(fā)射模塊中采用555定

4、時(shí)器構(gòu)成的時(shí)基電路，接收電路使用SONY公司的CX20106A紅外檢測(cè)專用芯片，該芯片常用于38kHz的檢波電路，文過(guò)對(duì)芯片部電路的仔細(xì)分析，設(shè)計(jì)出能夠成功對(duì)40kHz超聲波檢波的硬件電路，并且增益可調(diào)，與傳統(tǒng)超聲波檢波電路相比，電路變得精簡(jiǎn)，調(diào)試變得相對(duì)容易。測(cè)距器使用數(shù)碼管顯示目標(biāo)物的距離。關(guān)鍵詞： 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)； 單片機(jī)；STC89C52；超聲波；測(cè)距ABSTRACTThe accident of automobile rear-end collision has taken place frequently in recent years，and rear-end collisio

5、n warning system has good use in improving expressway traffic safety，so the warning system has been paid more attention in the world.The vehicle collision avoidance alarm apparatus system was introdued according to the ultrasonic measurement distances system . The system can automaticanlly xeamine t

6、he distance between the back and the nearest obstacle ( or the distance among cars ) whicwould be demonstarted through LED that when it arrives the limit distance ,the systemb can send out the warning and reminds the driver for preventing the vehicle colliding . The experimental results showed that

7、, the system illustrates a good prospect of application and xetensionHighways, streets, parking, garage and other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur. According to related statistics, 15% of motor veh

8、icle collisions when the vehicle is reversing, as the capacity of the latter caused by bad.So after the increase of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. Security to avoid obstacles

9、 on the premise that the rapid and accurate measurement of obstructions and the distance between motor vehicles. To this end, the design of a single-chip microcomputer as the core, the use of ultrasonic ranging to achieve non-contact reversing radar system. Generally refers to ultrasonic frequencies

10、 above 20 kHz mechanical waves, with penetrating, and attenuation of small, reflecting the ability and so on. Work, the ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. Finally, signal processing devices based on

11、the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and the distance between obstacles. Ultrasonic Ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range; In addition, the ultrasonic energy and the atten

12、uation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensitivity and thus Ultrasonic Ranging way so that only apply to a shorter distance. At present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 4 5 m, thu

13、s reversing radar are used in cars, such as close range in this paper, according to the spread of sound waves in air reflection to ultrasonic transducer interface components, based on MCU STC89C52 ultrasonic range-finder. Designed by the ultrasonic transmitter module, receiver module, single-chip pr

14、ocessing module, a digital display and alarm sound and light display module, such as parts, the text in detail the range of hardware devices, detection theory, methods and software architecture. The use of ultrasonic transmitter module consisting of 555 time-base timer circuit, receiving circuit usi

15、ng the SONY company dedicated CX20106A infrared detecting chip, the chip used in the detector circuit 38kHz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40kHz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain, and compared to convent

16、ional ultrasonic detection circuit, the circuit has become streamlined and easier to debug. The use of digital rangefinder display the distance between objects.Key words：Automotive anti-collision alarm system;Singlechip;STC89C52; Silent Wave;Measure Distance目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc170893

17、005 摘 要 PAGEREF _Toc170893005 h I HYPERLINK l _Toc170893006 Abstract PAGEREF _Toc170893006 h II HYPERLINK l _Toc170893007 第1章 緒論 PAGEREF _Toc170893007 h 1 HYPERLINK l _Toc170893008 1.1 課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展歷史與意義 PAGEREF _Toc170893008 h 1 HYPERLINK l _Toc170893009 1.2 汽車防撞系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc170893009 h 2 HYPER

18、LINK l _Toc170893010 1.3 本課題的主要研究容 PAGEREF _Toc170893010 h 3 HYPERLINK l _Toc170893015 第2章 超聲波測(cè)距防撞原理 PAGEREF _Toc170893015 h 4 HYPERLINK l _Toc170893016 2.1 超聲波測(cè)距基本理論 PAGEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893016 2.2 超聲波發(fā)生器 PAGEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893016 2.3 壓電式超聲波發(fā)生器原理 PA

19、GEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893017 2.4 測(cè)量與控制方法5 HYPERLINK l _Toc170893018 2.5 控制系統(tǒng)方框圖 PAGEREF _Toc170893018 h 5 HYPERLINK l _Toc170893016 第3章 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路 PAGEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893016 3.1單片機(jī)電路 PAGEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893017 3.2 復(fù)位電路5 HYPERLINK

20、l _Toc170893018 3.3 時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc170893018 h 5 HYPERLINK l _Toc170893019 3.4 按鍵電路6 HYPERLINK l _Toc170893020 3.5蜂鳴器電路6 HYPERLINK l _Toc170893015 第4章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)方案論證 PAGEREF _Toc170893015 h 4 HYPERLINK l _Toc170893016 4.1方案論證與比較 PAGEREF _Toc170893016 h 4 HYPERLINK l _Toc170893017 4.1.1超聲波發(fā)射電路5 HYPER

21、LINK l _Toc170893018 4.1.2超聲波接收電路 PAGEREF _Toc170893018 h 5 HYPERLINK l _Toc170893019 4.2最終方案確定6 HYPERLINK l _Toc170893022 第5章 系統(tǒng)的硬件電氣設(shè)計(jì) 12 HYPERLINK l _Toc170893023 5.1單片機(jī)電路13 HYPERLINK l _Toc170893027 5.2 超聲波發(fā)射電路13 HYPERLINK l _Toc170893028 5.3 超聲波檢測(cè)接收電路14 HYPERLINK l _Toc170893028 5.4溫度采集DS18B20電

22、路14 HYPERLINK l _Toc170893028 5.5 LCD顯示電路14 HYPERLINK l _Toc170893052 第6章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)18 HYPERLINK l _Toc170893053 6.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框圖 PAGEREF _Toc170893053 h 18 HYPERLINK l _Toc170893054 6.3主程序流程圖20 HYPERLINK l _Toc170893055 6.4超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序22 HYPERLINK l _Toc170893058 6.5系統(tǒng)的硬件的調(diào)試23 HYPERLINK l _Toc1708930

23、58 第8章 系統(tǒng)的硬件調(diào)試23 HYPERLINK l _Toc170893058 第7章 總結(jié)與展望23 HYPERLINK l _Toc170893058 7.1 總結(jié)23 HYPERLINK l _Toc170893058 7.2 展望23 HYPERLINK l _Toc170893068 致26 HYPERLINK l _Toc170893069 參考文獻(xiàn)28 HYPERLINK l _Toc170893070 附 錄29第一章緒 論1.1課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展歷史與意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷進(jìn)步，汽車的數(shù)量逐年增加，汽車擁擠的現(xiàn)狀不可避免，而在汽車擁擠的情況下，惡性事故屢屢發(fā)生，時(shí)

24、刻威脅著人們的安全。我國(guó)交通事故的年死亡人數(shù)遠(yuǎn)高于他國(guó)，分別是美國(guó)的2.3 倍、德國(guó)的18.4 倍、日本的13.4 倍。當(dāng)現(xiàn)代家庭充分的享受汽車帶來(lái)方便的同時(shí)，也為此付出了沉重的代價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)自2010年至2010年，已有150多萬(wàn)人死于道路交通事故，其部分的道路交通事故為汽車追尾碰撞事故。面對(duì)當(dāng)今這種現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種反應(yīng)快，穩(wěn)定性好而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。防撞預(yù)警自動(dòng)測(cè)量的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，尤其非接觸式測(cè)量技術(shù)發(fā)展卓越。在大多情況下，測(cè)量與障礙物之間的距離是不能夠接觸到障礙物的，在這種時(shí)候就會(huì)用到非接觸式測(cè)量設(shè)備。在物理學(xué)中人們發(fā)現(xiàn)了電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的超聲波后，從此超聲波技術(shù)在

25、測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在超聲波測(cè)距方面，結(jié)合了其他技術(shù)，用超聲波測(cè)距變得十分常用。超聲波在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，分辨力較高，且能量消耗小，利用超聲波測(cè)距比較方便而且速度快計(jì)算簡(jiǎn)單，容易做到實(shí)時(shí)控制，并且測(cè)量精度好，都能夠達(dá)到工業(yè)測(cè)量的需要。因此超聲測(cè)距廣泛應(yīng)用于當(dāng)今生活中，特別是應(yīng)用于超聲波測(cè)距方面。超聲波測(cè)距利用的是聲波反射原理，聲波在空氣中傳播避免了與介質(zhì)接觸。與其它測(cè)距方式相比，超聲測(cè)距不受顏色、光線和電、磁場(chǎng)的影響，使他受到干擾的可能大幅度減少。它還具有可靠性能高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。也能夠測(cè)量處于黑暗、煙霧、有灰塵、電磁干擾等惡劣環(huán)境中的障礙物。但由于超聲波

26、傳播時(shí)溫度對(duì)聲速影響比較大，使超聲測(cè)距的精確度到了影響，在這里可以采用溫度補(bǔ)償進(jìn)行校正，能夠消除溫度對(duì)其的影響。由于超聲波在空氣中波速較慢，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái)，具有很高的分辨力，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。因此超聲測(cè)距廣泛應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、物體識(shí)別等方面，特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距。超聲波測(cè)距利用聲波反射原理，避免傳感器直接與介質(zhì)接觸，是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法。與紅外、激光與無(wú)線電測(cè)距相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性能高、價(jià)格便宜、安裝維護(hù)方便等優(yōu)異特

27、性。在近距圍超聲測(cè)距具有不受光線、顏色以與電、磁場(chǎng)的影響和指向性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但由于超聲波傳播時(shí)難于精確捕捉，溫度對(duì)聲速影響等原因，使超聲測(cè)距的精度受到很大的影響，限制了超聲測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量精度要求較高場(chǎng)合下的應(yīng)用。1.2汽車防撞系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)際上對(duì)汽車防撞雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，在此后的10多年，以德國(guó)、美國(guó)、日本為代表的主要西方國(guó)家形成了一股研究熱潮，眾多研究機(jī)構(gòu)和汽車制造廠家合作，有多臺(tái)樣機(jī)問(wèn)世，并有一些相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和論文發(fā)表，但是，局限于當(dāng)時(shí)的微波理論與器件的發(fā)展水平，加上

28、系統(tǒng)其他硬件成本居高不下，導(dǎo)致雷達(dá)難于做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積輕巧、成本低廉，些外，汽車防撞雷達(dá)的工作環(huán)境惡劣，干擾因素眾多，科研工作者在實(shí)驗(yàn)室制造樣機(jī)時(shí)，對(duì)許多因素考慮并不全面，造成在實(shí)際應(yīng)用中，防撞雷達(dá)的工作效果并不理想。 1986年，奔馳公司發(fā)起，包括遍與歐洲的17家主要汽車生產(chǎn)廠和50多個(gè)研究所，制訂了“Promtheus”計(jì)劃，將組合傳感器、通信、人工智能技術(shù)于一個(gè)系統(tǒng)中，其目的是改進(jìn)汽車的安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性，其中研制出的性能優(yōu)良的汽車防撞雷達(dá)，幫助駕駛員避免發(fā)生交通事故，是該計(jì)劃的一個(gè)重要組成部份，該計(jì)劃，隨著微波器件與其集成技術(shù)的高速發(fā)展，以與微處理器性能價(jià)格比的突飛猛進(jìn)，使得制造

29、出低成主本、高性能的汽車防撞雷達(dá)成為可能，進(jìn)入90年代后，德國(guó)在這方面的研究工作處于領(lǐng)先地位。20世紀(jì)90年代中期以后，一些公司開始將注意力轉(zhuǎn)向汽車的新型防撞雷達(dá)，這種新型防撞雷達(dá)應(yīng)用于高速公路，稱為“AICC，即自主智能巡航控制。是汽車?yán)走_(dá)發(fā)展的高級(jí)階段，就實(shí)際情況看，國(guó)際上研制出的用于高速公路的防撞達(dá)基本上都只需完成向駕駛員提供危險(xiǎn)警報(bào)功能，為駕駛員爭(zhēng)取一定的反映時(shí)間。歐盟RadarNet研究項(xiàng)目整合己有研究成果，研制新型多功能汽車防撞雷達(dá)，其中，德國(guó)奔馳公司和英國(guó)勞倫斯電子公司聯(lián)合研制的汽車防撞雷達(dá)工作于35GHz，探測(cè)距離150米，信號(hào)處理系統(tǒng)可以計(jì)算出前方車輛或障礙物的距離與相對(duì)速度

30、，并根據(jù)后車速度計(jì)算出必要的安全距離，當(dāng)兩車距離小于安全距離時(shí)發(fā)出燈光和聲音報(bào)警信號(hào)，安裝在轎車、客車上試用，效果較好。美國(guó)防撞技術(shù)研究起步較晚，但目前已處于世界領(lǐng)先水平。主要代表有福特和Eaton orad公司開發(fā)的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其前方探測(cè)距離106米，可在探測(cè)圍跟蹤20多個(gè)目標(biāo)，工作頻率24.725GHz，雷達(dá)功率SmW a國(guó)對(duì)汽車防撞裝置的研究相對(duì)比較晚，整體水平也相對(duì)較低。具有代表性是有:汽車電子工程中心研制的SAE-100型毫米波汽車防撞雷達(dá)樣機(jī)，采用LFMCW制式，工作頻率35GHz，測(cè)距圍大于100米，測(cè)速圍大于100km/h采用增益為26dB的喇叭天線，發(fā)射功率405mW，

31、以DSP為中央處理器。1.3 本課題的主要研究容（1）研究國(guó)外汽車防撞系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展歷史，理解本課題研究的意義；（2）分析各種汽車防撞系統(tǒng)的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)；（3）提出改進(jìn)汽車防撞系統(tǒng)的對(duì)策（4）設(shè)計(jì)一種新型的汽車防撞系統(tǒng)，給出設(shè)計(jì)電路圖。超聲波測(cè)距的原理2.1 超聲波的基本理論超聲波是一門以物理、電子、機(jī)械、以與材料科學(xué)為基礎(chǔ)的、各行各業(yè)都要使用的通用技術(shù)之一。該技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障生產(chǎn)安全和設(shè)備安全運(yùn)作，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率特別具有潛在能力。因此，我國(guó)對(duì)超聲波的研究特別活躍。超聲技術(shù)是通過(guò)超聲波的產(chǎn)生、傳播以與接收的物理過(guò)程完成的。超聲波具有聚束、定向與反射、投

32、射等特性。按超聲波振動(dòng)輻射大小不同大致可以分為：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用，稱之為功率超聲；用超聲波獲取信息，稱為檢測(cè)超聲。超聲波是聽覺閾值之外的振動(dòng)，其頻率圍在1010Hz，其常的頻率大約在103之間。超聲波在超聲場(chǎng)（被超聲波充滿的圍）傳播時(shí)，如果超聲波的波長(zhǎng)與超聲場(chǎng)相比，超聲場(chǎng)很大，超聲波就像處在一種無(wú)限的介質(zhì)中，超聲波自由地向外擴(kuò)散；反之，如果超聲波的波長(zhǎng)與相鄰介質(zhì)的尺寸相近，則超聲波受到界面限制不能自由的向外擴(kuò)散。于是超聲波在傳播過(guò)程中有如下的特性和作用：1 超聲波的傳播速度超聲波在介質(zhì)中可以產(chǎn)生三中形式的振蕩波：橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；縱波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一

33、致的波；表面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)介于縱波和橫波之間，沿表面?zhèn)鞑サ牟?。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體液體中和氣體中傳播，表面波隨深度的增加其衰減很快。為了測(cè)量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波形式的超聲波。超聲波的頻率越高，越與光波某些特性相似。 超聲波與氣其他聲波一樣，其傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。2 超聲波對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用(1) 機(jī)械作用超聲波傳播過(guò)程中，會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的壓縮與伸，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機(jī)械效應(yīng)。超聲波引起質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動(dòng)的頻率的平方成正比的質(zhì)點(diǎn)的加速度卻很大。有時(shí)足以達(dá)到破壞介質(zhì)的程度。(2) 空化作用在流體動(dòng)力學(xué)指出，存在于液

34、體中的微氣泡在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程稱為空化。(3) 熱學(xué)作用如果超聲波作用于介質(zhì)時(shí)被介質(zhì)所吸收，實(shí)際上也就是有能量吸收，同時(shí)，由于超聲波的振動(dòng)，使介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩介質(zhì)相互摩擦產(chǎn)生熱熱量，這種能量使介質(zhì)溫度升高。 2.2 超聲波傳感器超聲波傳感器主要有電致伸縮和磁致伸縮兩類，電致伸縮采用雙壓電瓷晶片制成，具有可逆特性。壓電瓷片具有如下特性：當(dāng)在其兩端加上大小和方向不斷變化的交流電壓時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”，使壓電瓷也產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小以與方向與外加電壓的大小和方向成

35、正。也就是說(shuō)，若在壓電晶片兩邊加以頻率為的交流電電壓時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣的弛，當(dāng)落在音頻圍時(shí)便會(huì)發(fā)出聲音。反之，如果由超聲波機(jī)械振動(dòng)作用于瓷片使其發(fā)生微小的形變時(shí)，那么壓電晶片也會(huì)產(chǎn)生與振動(dòng)頻率一樣的微弱的交流信號(hào)。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如下： 圖 2.1.2 元件部結(jié)構(gòu) 圖 2.1.3 超聲波外部結(jié)構(gòu)2.3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)原理在超聲探測(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。超聲測(cè)距大致有以下方法： 取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)

36、得距離； 測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t，故被測(cè)距離為 S=12vt。本測(cè)量電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變 。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。2.4測(cè)量與控制方法超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì): 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15時(shí)）。X2是聲波返回的時(shí)刻，X1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值

37、，假定X2-X1=0.03S，則有340m0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時(shí)間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下：假定s為被測(cè)物體到測(cè)距儀之間的距離，測(cè)得的時(shí)間為ts，超聲波傳播速度為vms1表示，則有關(guān)系式(2-1)s=vt2 (2-1)在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，按式(2-2)對(duì)超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。v=3314+0607T (2-2)式中，T為實(shí)際溫度單位為，v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為ms。2.5 控制系統(tǒng)方框圖超聲波測(cè)距器的系統(tǒng)框圖如下圖所示：按鍵啟動(dòng)STC89C52LCD顯示 圖 2.5.1 系統(tǒng)框圖單片機(jī)主機(jī)系

38、統(tǒng)電路本次我們采用了STC 公司的STC89C52,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下：STC89C52系列單片機(jī)以8051為核，兼容MCS-51系列單片機(jī)。STC89C52系列單片機(jī)、部含有Flash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。STC89C52采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能。STC89C52晶振頻率高達(dá)24M，運(yùn)行速度更快。AT89S52價(jià)格也比較便宜 6元/片增加了看門狗電路，防止程序“走飛”，更加安全可靠。3. 1單片機(jī)電路STC89C52 圖3.2.1 單片機(jī)主電路 引腳功能：P0口用來(lái)送顯示信號(hào)給LCD的數(shù)據(jù)為，P20P22送命令到LCD控制LCD的顯示方式。P3.4為DS18B20溫度數(shù)據(jù)采

39、集端。P1.0接測(cè)量按鍵。3.2 復(fù)位電路 單片機(jī)在RESET端加一個(gè)大于20ms正脈沖即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，上電復(fù)位和按STC89C52在系統(tǒng)上電的瞬間，RST與電源電壓同電位，隨著電容的電壓逐漸上升，RST電位下降，于是在RST形成一個(gè)正脈沖。只要該脈沖足夠?qū)捑涂梢詫?shí)現(xiàn)復(fù)位，即ms。一般取R1，C22uF。 當(dāng)人按下按鈕S1時(shí)，使電容C1通過(guò)R1迅速放電，待S1彈起后，C再次充電，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。R1一般取200。 圖3.2.2 復(fù)位電路3. 3 時(shí)鐘電路當(dāng)使用單片機(jī)的部時(shí)鐘電路時(shí)，單片機(jī)的XATL1和XATL2用來(lái)接石英晶體和微調(diào)電容，如圖所示，晶體一般可以選擇3M24M，電容選擇30pF左右。我

40、們選擇晶振為12MHz,電容33pF。STC89C52圖3.2.3 時(shí)鐘電路3. 4 按鍵電路 我們通過(guò)P1.0來(lái)啟動(dòng)測(cè)量，程序過(guò)查詢P1.0的電平來(lái)檢測(cè)是否按鍵被按下，電路原理如下： 當(dāng)按下按鍵時(shí)P1.0為低電平，單片機(jī)通過(guò) 查詢到低電平開始測(cè)量距離，當(dāng)松開按鍵，P1.0即為高電平。在軟件過(guò)軟件延時(shí)來(lái)消除按鍵的機(jī)械抖動(dòng)。 圖3.2.4按鍵電路3. 5 蜂鳴器電路本次設(shè)計(jì)通過(guò)一只蜂鳴器來(lái)提示用戶按鍵按下了，現(xiàn)在單片機(jī)開始了測(cè)距。蜂鳴器時(shí)一塊壓電晶片，在其兩端加上35V的直流電壓，就能產(chǎn)生3KHz的蜂鳴聲。電路如圖3.2.5 通過(guò)單片機(jī)軟件產(chǎn)生3KHz的信號(hào)從P3.7口送到三極管9.13的基極，

41、控制著電壓加到蜂鳴器上，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖 3.2.5蜂鳴器電路第四章 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)4.1 方案論證與比較單片機(jī)采用STC公司的STC89C52，而超聲波發(fā)射和接收電路有多種，常用的電路如下：4.1.1超聲波發(fā)射電路:分立元件構(gòu)成的發(fā)射電路 圖 4.1 分立元件構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路圖4.1是由兩只普通低頻小功率三極管C9013構(gòu)成的振蕩、驅(qū)動(dòng)電路，三極管T1、T2構(gòu)成兩級(jí)放大器，但是由于超聲波發(fā)射頭的正反饋?zhàn)饔?，這個(gè)原本是放大器的電路變成了振蕩器。超聲波發(fā)射器的壓電晶片可等效于一個(gè)串聯(lián)LC諧振電路，具有選頻作用，因此該振蕩器只能振蕩在超聲波發(fā)射頭的固有諧振頻率。第二個(gè)圖中用電感L替代

42、這樣可以增大激勵(lì)電壓，使其具有較大的功率輸出。由集成電路構(gòu)成的發(fā)射電路 圖4.2是由非門構(gòu)成的一個(gè)振蕩器發(fā)送電路，用非門構(gòu)成的電路簡(jiǎn)單，調(diào)試容易。很容易通過(guò)軟件控制。圖中把兩個(gè)非門的輸出接到一起的目的是為了提高其吸入電流，電路驅(qū)動(dòng)能力提高。 圖4.2 由非門構(gòu)成的超聲波發(fā)射電路4.1.2超聲波接收電路：由運(yùn)算放大器構(gòu)成的接收電路 圖4.3是由運(yùn)放構(gòu)成的超聲波放大電路，該電路的形式在其他應(yīng)用中經(jīng)常遇到，特點(diǎn)如下： 1）一般式用運(yùn)放組成的放大電路都要求對(duì)稱的正負(fù)電源供電，這里以單電源供電，輸出端的靜態(tài)電位必須設(shè)置在1/2的電源電壓，這由同相輸入端的點(diǎn)位來(lái)確定，和分壓取得1/2的電源電壓加到運(yùn)放的同

43、相輸入端，使其電位1/2電源電壓。 2）采用同相端輸入方式其輸入阻抗高，超聲波接收傳感器的輸出信號(hào)接到放大器的同相端，有利于超聲波傳感器充分發(fā)揮接收靈敏度和自生的選頻作用。 3）反相端對(duì)地不提供直流通路，因此通過(guò)隔直電容提供直流通路。 圖 4.3 運(yùn)放構(gòu)成的超聲波接收電路LM1812收發(fā)集成電路構(gòu)成 LM1812是一種專用于超聲波接收和發(fā)送的集成電路，它即可做發(fā)送電路，又可以做接收電路使用。如下圖所示： 圖 4.4 由LM1812構(gòu)成的接收電路CX20106構(gòu)成的接收電路 圖 4.5 CX20106構(gòu)成的接收電路4.13最終方案確定以上為常用的發(fā)射和接收電路，分立元件構(gòu)成的收發(fā)電路容易受到外界

44、的干擾，體積、功耗也比較大。而集成電路構(gòu)成的發(fā)射和接收電路具有調(diào)試簡(jiǎn)單，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，所以首先考慮采用集成電路來(lái)組成收發(fā)電路。超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號(hào)選用CSB40T（其中心頻率為40KHz）?？梢圆捎密浖a(chǎn)生40KHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流為100mA以上的驅(qū)動(dòng)電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。這種方

45、法的特點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺乏靈活性。本次我們采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用74HC04。超聲波接收包括接收探頭，信號(hào)放大以與波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭一樣的型號(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。由于超聲波接收探頭的信號(hào)非常弱，所以必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過(guò)波形變換。本次設(shè)計(jì)為了降低調(diào)試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機(jī)上面的一種紅外接收檢波芯片CX20106，由于紅外遙控的中心頻率在38KHz，和超聲波的40KHz很接近，所以可以用來(lái)做接收電路。CX20106是日本索尼公司的產(chǎn)品，采用單列8引

46、腳的直插式封裝，部包含自動(dòng)偏置控制電路、前置放大電路、帶通濾波、峰值檢波、積分比較器、斯密特整形輸出電路，配合少量外接元件就可以對(duì)38KHz左右的信號(hào)的接收與處理。 在由集成電路構(gòu)成的收發(fā)電路中，發(fā)射電路我們選用由非門構(gòu)成，接收電路采用由紅外接收檢波芯片CX20106構(gòu)成，主要是考慮到系統(tǒng)的調(diào)試簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好。第五章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1超聲波發(fā)送電路超聲波發(fā)生器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分，超聲波探頭（“也稱為超聲波換能器”）的型號(hào)選用CSB40T（其中心頻率為40KHz）?？梢圆捎密浖a(chǎn)生40KHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭

47、產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但是需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流為100mA以上的驅(qū)動(dòng)電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺乏靈活性。本次我們采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，非門可以選用74HC04，具體電路如圖： 圖 5.1 超聲波發(fā)送電路 從圖中可知，當(dāng)輸入的信號(hào)為高電平時(shí)，上面經(jīng)過(guò)兩級(jí)反向CSB40T的1引腳為高電平，下面經(jīng)過(guò)一級(jí)反向后為低電平；當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，正好相反，實(shí)現(xiàn)了振蕩的信號(hào)驅(qū)動(dòng)CSB40T，只要控制信號(hào)接近40KHz，就能產(chǎn)生超聲波。5.2超聲波接收電路超聲波接收

48、包括接收探頭，信號(hào)放大以與波形變換電路三部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)送探頭一樣的型號(hào)，否則可能導(dǎo)致接收效果甚至不能接收。由于超聲波接收探頭的信號(hào)非常弱，所以必須用放大器放大，放大后的正弦波不能被微處理器處理，所以必須經(jīng)過(guò)波形變換。本次設(shè)計(jì)為了降低調(diào)試難度，減少成本，提供系統(tǒng)可靠性，所以我們采用了一種用在彩色電視機(jī)上面的一種紅外接收檢波芯片CX20106，由于紅外遙控的中心頻率在38KHz，和超聲波的40KHz很接近，所以可以用來(lái)做接收電路。CX20106是日本索尼公司的產(chǎn)品，采用單列8引腳的直插式封裝，部包含自動(dòng)偏置控制電路、前置放大電路、帶通濾波、峰值檢波、積分比較器、斯密特整形輸出電路，配

49、合少量外接元件就可以對(duì)38KHz左右的信號(hào)的接收與處理，該芯片部如下圖所示： 圖5.25CX20106部結(jié)構(gòu) CX20106構(gòu)成本次設(shè)計(jì)接收電路如下圖： 圖 5.3超聲波接收電路使用CX20106A集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。以下是CX20106A的引腳注釋。1腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R4或減小C4,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C4的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推

50、薦選用參數(shù)為R4=4.7，C4=1F。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為3.3f。4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時(shí)，f042kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz。6腳： 該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22k，

51、沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。8腳：電源正極，4.55V。5.3 溫度采集DS18B20電路物理學(xué)告訴我們，超聲波在空氣中的傳播速度為：，由此可見，超聲波的速度和溫度密切關(guān)系，即溫度每增加1C，超聲波速度約增加0.61m/s，本次我們考慮溫度補(bǔ)償，以使我們的設(shè)計(jì)更加精確，溫度的采集通常使用DS18B20一線式數(shù)字溫度傳感器，電路非常簡(jiǎn)潔，具體電路圖如下圖所示。溫度傳感器主要由熱敏元件組成。熱敏元件品種教多，市場(chǎng)上銷售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶與半導(dǎo)體熱敏電阻等。以半導(dǎo)體熱敏電阻為探測(cè)元件的溫度傳感器應(yīng)用廣泛，這是因?yàn)樵谠试S工作條件圍，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有

52、體積小、靈敏度高、精度高的特點(diǎn)，而且制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。半導(dǎo)體熱敏電阻按溫度特性熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻（電阻隨溫度上升而增加）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（電阻隨溫度上升而下降）。DS18B20是美國(guó)DALLS公司推出的DS1820的替代產(chǎn)品，具有9、10、11、12位的轉(zhuǎn)換精度，未編程時(shí)默認(rèn)的精度是12位，測(cè)量精度一般為0.5C，軟件處理后可以達(dá)到0.1C，溫度輸出以16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制數(shù)形式提供，低位在先，以0.0625C/LSB形式表達(dá)。其中高五位為擴(kuò)展符號(hào)位。轉(zhuǎn)換周期與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，9位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.7 ms，12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。DS1

53、8B20引腳判斷方法是：字面朝人，從左到右依次是1 （GND）、2（輸入/輸出）、3（VDD）。圖中的R13為上拉電阻，阻值選5K左右。圖5.4 DS18B20溫度傳感器5.4 YB1602LCD顯示電路本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示屏顯示。其具有體積小、功耗低、界面美觀大方等優(yōu)點(diǎn)，這里使用YB1602液晶屏，1602顯示模塊用點(diǎn)陣圖形顯示字符，顯示模式分為2行16個(gè)字符。它具有16個(gè)引腳，其正面左起為第一腳，如下圖所示：第一腳GND：接地。第二腳VCC：+5V電源。第三腳VO：對(duì)比度調(diào)整端。使用時(shí)通過(guò)接一個(gè)10K的電阻來(lái)調(diào)節(jié)。第四腳RS:寄存器選擇信號(hào)線。第五腳RW:讀寫信號(hào)線。第六腳E：使能端，

54、當(dāng)E由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)執(zhí)行命令。第714腳：8位數(shù)據(jù)線D0D7。第十五腳BLA:背光電源正極輸入端。第十六腳BLK:背光電源負(fù)極輸入端。5.5LCD顯示電路操作控制表操作讀狀態(tài)寫指令讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=0，RW=1，E=1RS=0，RW=0，D07=指令碼，E=H脈沖RS=1，RW=1，E=1RS=1，RW=0，D07=數(shù)據(jù)，E=H脈沖 表5.6 LCD1602操作指令1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是010

55、00001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。因?yàn)?602識(shí)別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。1602通過(guò)D0D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置： (初始化)0011 0000 0 x38設(shè)置162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)與光標(biāo)設(shè)置： (初始化)0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)0000 01NS N=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1 &光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1 &光標(biāo)減1)，S=1

56、且 N=1 (當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示左移)s=0 當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示不移動(dòng)數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針 =0)。第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)(1)DS18B20溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入命令以與讀取子程序等部分；(2)基于YB1602的顯示模塊，分為初始化子程序、寫入子程序以與顯示子程序；(3)溫度補(bǔ)償與距離計(jì)算模塊、分為超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序、溫度補(bǔ)償子程序等；(4)本次設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫程序，C語(yǔ)言相

57、比匯編有許多的優(yōu)勢(shì)；編譯器使用Keil Version2進(jìn)行程序編譯，Keil功能強(qiáng)大使用方便。主程序，分為系統(tǒng)初始化、按鍵處理以與各個(gè)子程序的調(diào)度管理等部分。如圖6-1所示描述了各個(gè)模塊的關(guān)系： 圖 6.1 系統(tǒng)軟件方框圖6.2 系統(tǒng)程序的流程超聲波測(cè)距儀的軟件設(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與顯示子程序組成。我們知道C語(yǔ)言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語(yǔ)言程序則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(cè)距儀的程序既有較復(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(cè)距時(shí)），所以控制程序可采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間要求精度

58、較高的部分全部由單片機(jī)部的定時(shí)器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對(duì)時(shí)間精度要求也高，但經(jīng)詳細(xì)計(jì)算所得出的C程序已被廣泛應(yīng)用，故直接借用已有程序也能作到對(duì)溫度的準(zhǔn)確讀取，所心本設(shè)計(jì)全部使用C語(yǔ)言編程，這樣能使設(shè)計(jì)中所用到的公式能方便快捷的體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)，又縮短了論文的篇幅。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷子程序、溫度測(cè)量子程序、距離計(jì)算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成，圖6.2為主程序流程圖。插上電源后，按下開關(guān)系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵k1，若按鍵k1按下，則開始測(cè)量空氣溫度，并同時(shí)開始測(cè)量距離，然后將P1.0置位，使定時(shí)器T0開始定時(shí)，控

59、制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時(shí)使定時(shí)器T1開始定時(shí)。CPU循環(huán)檢測(cè)P2.3引腳，當(dāng)P2.3為低電平時(shí)接收到回波，立即使T1停止工作，保存定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。然后根據(jù)溫度和傳輸時(shí)間計(jì)算距離，溫度補(bǔ)償措施使測(cè)量精度有了明顯提高，計(jì)算出距離后調(diào)用距離顯示子程序，LCD顯示距離和顯示溫度（溫度并非測(cè)量距離時(shí)用于補(bǔ)償?shù)臏囟龋钱?dāng)前溫度）按下按鍵復(fù)位鍵和k1才執(zhí)行新一次測(cè)量。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤只設(shè)置了2個(gè)按鍵，用于復(fù)位操作和開始測(cè)量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。當(dāng)測(cè)量距離過(guò)近時(shí)報(bào)警電路開始報(bào)警，此時(shí)電路顯示不能夠穩(wěn)定顯示的距離一直在變化，說(shuō)明報(bào)警產(chǎn)生的聲波會(huì)對(duì)超聲波發(fā)射電路和接收電路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，后經(jīng)過(guò)多方

60、考慮用一個(gè)發(fā)光二極管代替，通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)試發(fā)光二極管不斷閃爍進(jìn)行報(bào)警，這樣就消除了蜂鳴器的干擾，同試為了充分利用蜂鳴器，我們使當(dāng)啟動(dòng)按鈕K1被按下時(shí)蜂鳴器響提示使用者電路開始測(cè)距。NYNYNYYN開始系統(tǒng)初始化顯示測(cè)量距離測(cè)溫，根據(jù)溫度和時(shí)間計(jì)算距離顯示溫度5s發(fā)射超聲波，T1計(jì)時(shí)K2閉合？T1停止定時(shí)，保存定時(shí)值N接收到反射波？K1閉合？K3閉合？圖6.2 主程序流程6.3.超聲波發(fā)送子程序與超聲波接收中斷子程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.0端口發(fā)送左右超聲波脈沖信號(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T1打開進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器T1工作在方式0。超聲波測(cè)距儀主程