基于單片機(jī)控制超聲波測(cè)距儀畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要在空氣介質(zhì)中，超聲測(cè)距傳感器因其性能好，價(jià)格低廉、使用方便，在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人定位系統(tǒng)、車(chē)輛自動(dòng)導(dǎo)航、車(chē)輛平安行駛輔助系統(tǒng)、城市交通管理和高速公路管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及河道、油井和倉(cāng)庫(kù)及料位的探測(cè)中都有應(yīng)用。由于超聲波傳播不易受干擾，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(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，深入研究超聲波的產(chǎn)生與傳播規(guī)律、開(kāi)發(fā)高性能超聲波換能器及其收發(fā)電路，對(duì)于超聲波檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本設(shè)計(jì)介紹了基于單片機(jī)控制的超聲測(cè)距儀的原理：由AT89C51控制定時(shí)器產(chǎn)生超聲波脈沖并計(jì)時(shí)，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時(shí)間，從而得到實(shí)測(cè)距離。并且在數(shù)據(jù)處理中采用了溫度補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整，用四位LED數(shù)碼管切換顯示距離和溫度。整個(gè)硬件電路由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路、顯示電路等模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此根底上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過(guò)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)局部附有硬件電路圖、程序流程圖，給出了系統(tǒng)構(gòu)成、電路原理及程序設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)具有易控制、工作可靠、測(cè)距準(zhǔn)確度高、可讀性強(qiáng)和流程清晰等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)后的作品可用于需要測(cè)量距離參數(shù)的各種應(yīng)用場(chǎng)合。關(guān)鍵詞：AT89C51；超聲波；測(cè)距；電路AbstractThefeaturesofthegoodperformance,lowcost，easyuseareinearnatedintheultrasonicdistancemeasurementsensor.Theultrasonicdistancemeasurementsensorisusuallyusedatthescenerobotpositioningsystem，automaticvehiclenavigation，thesafetyofvehiclestravelingsupportsystem，theurantrafficmanagementandthehighwaymanagementmonitoringsystem，aswellasthedetectinrivers，oilwells，storagesandmaterials.Theultrasonicwavetransmssionisnoteasytodisturb，itsenergyconsumptionisslowlyanditcanbetransmitteddistantlyinthemedium，soitisfrequentlyusedinultrasonicdistancemeasurement.Forexample，therangefinderandthemateriallevelfindercanbeaehievedbyultrasonicwave.Therefore，thein-depthstudyofthegenerationandtransmissionlawofultrasonicandthedevelopmentofhigh-performanceultrasonicsensorandtransmitandreceivecircuitsisofgreatpracticalsignificanceinthedevelopmentofultrasonicdetectiontechnology.ThedesignintroducestheprincipleoftheultrasonicdistancemeasurementinstrumentbasedonSCMC-controlled:AT89C51controlstimerstoproducetheultrasonicwavepulseandtime,countthetimeofultrasonicwavespontaneousemissiontoreceiveround-trip,thusobtainsthemeasureddistance.Andthetemperaturecompensationadjustmentisusedinthedataprocessing,withfourLEDnixietubesdisplaydistanceortemperaturebyswitching.Theentirehardwarecircuitiscomposedbyultrasonictransmittercircuit,ultrasonicreceivercircuit,thepowercircuit,displaycircuit,andothermodules.TheprobesignalsareintegratedanalysisedbySCMCtoachievethevariousfunctionsofultrasonicdistancemeasurementinstrument.Basedonthishasdesignedsystem'soverallconcept,finaladoptionofhardwareandsoftwaretoachievethevariousfunctionalmodules.Therelevantpartshavethehardwareschematicsandprocessflowchart.Ithasgiventhesystemconstitution,thecircuitryandtheprogramming.Theinstrumentsystemhasfeatures:easeofcontrol,stabilityofoperation,highnessofprecisionanddistinctnessofprogrammeprocess,etc.Aftertherealizationoftheworkscanbeusedforneedsofthevariousparametersmeasureddistanceapplications.Keywords:AT89C51;Ultrasonicwave;Measuredistance;circuit目錄摘要IAbstractII1緒論11.1課題研究的背景11.2課題的提出及研究意義21.2.1課題的提出21.2.2課題的研究意義22超聲波的介紹及超聲波測(cè)距的原理32.1超聲波的介紹32.1.1什么是超聲波3超聲波的特性及特點(diǎn)3超聲波的應(yīng)用42.2超聲波測(cè)距的原理及誤差分析52.2.1超聲波測(cè)距的原理52.2.2超聲波測(cè)距誤差分析52.3單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理63系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.2AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介83.2.1AT89C51單片機(jī)的功能83.2.2AT89C51單片機(jī)主要特性93.2.3AT89C51管腳說(shuō)明93.3DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介113.4T40、R40超聲波傳感器簡(jiǎn)介123.4.1超聲波傳感器的根本介紹123.4.2超聲波傳感器的主要應(yīng)用123.4.3超聲波傳感器的工作原理133.5LM7805端穩(wěn)壓集成電路143.5.1LM7805介紹143.5.2LM7805的特點(diǎn)143.5.3LM7805的實(shí)際應(yīng)用143.6LM567鎖相環(huán)153.6.1LM567的概述153.6.2LM567的功能表達(dá)153.6.3LM567主要參數(shù)153.7超聲波發(fā)射器電路163.8超聲波檢測(cè)接受電路173.9顯示電路183.10LM7805電平轉(zhuǎn)換電路193.11AT89C51復(fù)位電路204系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)214.1主程序流程214.2子程序設(shè)計(jì)23超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序23測(cè)溫子程序25距離計(jì)算子程序265總結(jié)27致謝28參考文獻(xiàn)29附錄A國(guó)外相關(guān)文章30附錄B中文翻譯33附錄C超聲波測(cè)距電路原理圖35附錄D程序清單361緒論1.1課題研究的背景利用超聲波測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)位置與目標(biāo)物體外表之間距離的方法叫做超聲波測(cè)距法。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。從技術(shù)上看，超聲波測(cè)距系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)70年代已經(jīng)實(shí)用化，從70年代末期開(kāi)始廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著電子測(cè)量技術(shù)的開(kāi)展，運(yùn)用超聲波精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)開(kāi)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，本錢(qián)低，性能穩(wěn)定那么備受青睞。隨著機(jī)器人技術(shù)在其誕生后短短幾十年中的迅猛開(kāi)展,它的應(yīng)用范圍也逐步由工業(yè)生產(chǎn)走向人們的生活。如此廣泛的應(yīng)用使得提高人們對(duì)機(jī)器人的了解顯得尤為重要。機(jī)器人通過(guò)其感知系統(tǒng)發(fā)覺(jué)前方障礙物距離和周?chē)h(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)繞障、自動(dòng)尋線(xiàn)、測(cè)距等功能。超聲波測(cè)距相對(duì)其他測(cè)距技術(shù)而言本錢(qián)低廉,測(cè)量精度較高,不受環(huán)境的限制,應(yīng)用方便，將它與紅外、灰度傳感器等結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)機(jī)器人尋線(xiàn)和繞障功能。超聲波由于指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而經(jīng)常用于距離的測(cè)量。它主要應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)、測(cè)距儀、物位測(cè)量?jī)x、移動(dòng)機(jī)器人的研制、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等，例如：距離、液位、井深、管道長(zhǎng)度、流速等場(chǎng)合。利用超聲波檢測(cè)往往比擬迅速、方便，且計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，在測(cè)量精度方面也能到達(dá)工業(yè)實(shí)用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本課題的研究是非常有實(shí)用和有商業(yè)價(jià)值的。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(cè)量，如超聲波測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比擬迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能到達(dá)工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。為了使移動(dòng)機(jī)器人能自動(dòng)避障行走，就必須裝備測(cè)距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障礙物的距離信息〔距離和方向〕。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。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)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(dòng)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。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。1.2課題的提出及研究意義1.2.1課題的提出測(cè)距的原理和方法有很多，根據(jù)其信息載體的不同可歸納為光學(xué)方法、無(wú)線(xiàn)電方法和超聲波方法。前兩者在某些地方有局限性，相比之下，超聲波方法具有突出的優(yōu)點(diǎn)，首先，超聲波對(duì)色彩、光照度不敏感，可用于測(cè)量透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體);其次，超聲波對(duì)外界光線(xiàn)和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中;最后，超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化。因此超聲波作為非接觸測(cè)量手段，己越來(lái)越引起人們的重視。本課題設(shè)計(jì)為基于超聲波的測(cè)距。1.2.2課題的研究意義超聲波測(cè)距是一種極有潛力的方法，近距范圍內(nèi)超聲測(cè)距有其不受光線(xiàn)影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、本錢(qián)低等特點(diǎn)。超聲測(cè)量另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是:環(huán)境介質(zhì)可以為空氣、液體或固體，適用范圍廣泛。更重要的是超聲波檢測(cè)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，防止工人在惡劣工作環(huán)境下(高、低溫，高、低壓，強(qiáng)輻射，有毒氣、液體環(huán)境等)受到傷害，還大大提高了測(cè)量精度，可靠性高;另外，超聲波測(cè)距還可以應(yīng)用到其他的功能系統(tǒng)中，例如在機(jī)器人避障系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)器人避障的超聲測(cè)距系統(tǒng)、智能機(jī)器人管家和簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)自動(dòng)避障系統(tǒng)、車(chē)載系統(tǒng)、自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)、自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)和倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，超聲波測(cè)距也有其重要的應(yīng)用。目前超聲波測(cè)距已得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)一般使用專(zhuān)用集成電路根據(jù)超聲波測(cè)距原理設(shè)計(jì)各種測(cè)距儀器，但是專(zhuān)用集成電路的本錢(qián)較高、功能單一。而以單片機(jī)為核心的測(cè)距儀器可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測(cè)、顯示、報(bào)警等多種功能，并且本錢(qián)低、精度高、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、可靠。以8051為內(nèi)核的單片機(jī)系列，其硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件齊全、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。尤其值得一提的是，出8位CPU外，還具備一個(gè)很強(qiáng)的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的位微計(jì)算機(jī)，即包含完整的位CPU，位RAM、ROM〔EPROM〕，位尋址存放器、I/O口和指令集。所以，8051是雙CPU的單片機(jī)。位處理在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程測(cè)控等方面極為有效；而8位處理那么在數(shù)據(jù)采集和處理等方面具有明顯長(zhǎng)處。2超聲波的介紹及超聲波測(cè)距的原理2.1超聲波的介紹2.1.1什么是超聲波聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)〔或能量〕的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)形式。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的，其每秒的振動(dòng)次數(shù)〔頻率〕甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的一般上限〔20000Hz〕，人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)模式，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線(xiàn)傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在2∽5兆Hz之間，常用為3∽3.5兆Hz〔每秒振動(dòng)1次為1Hz，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振動(dòng)100萬(wàn)次，可聞波的頻率在16－20，000HZ之間〕。超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽(tīng)聲波的規(guī)律沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長(zhǎng)很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽(tīng)聲波比擬，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長(zhǎng)很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長(zhǎng)大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線(xiàn)傳播，超聲波的波長(zhǎng)越短，該特性就越顯著。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的?？栈饔茅ぉぎ?dāng)超聲波在液體中傳播時(shí)，由于液體微粒的劇烈振動(dòng)，會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會(huì)使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用，會(huì)使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體〔如水和油〕發(fā)生乳化，且加速溶質(zhì)的溶解，加速化學(xué)反響。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱(chēng)為超聲波的空化作用。頻率高于2×10千赫茲的聲波。研究超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收，以及各種超聲效應(yīng)和應(yīng)用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機(jī)械型超聲發(fā)生器〔例如氣哨、汽笛和液哨等〕、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動(dòng)超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。2.1.2超聲波的特性及特點(diǎn)超聲波的特性1超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。2超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。3超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干預(yù)、疊加和共振現(xiàn)象。4超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。超聲波是聲波大家族中的一員。聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)〔或能量〕的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20KHz以上的，人在自然環(huán)境下無(wú)法聽(tīng)到和感受到的聲波。超聲波的特點(diǎn)1超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。2超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。3超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介〔如B超等用作診斷〕；超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，它就可以通過(guò)與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。2.1.3超聲波的應(yīng)用超聲波在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應(yīng)用。包括超聲波檢測(cè)、超聲波探傷、功率超聲、超聲波處理、超聲波診斷、超聲波治療等。超聲波在工業(yè)中可用來(lái)對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)和探傷，可以測(cè)量氣體、液體和固體的物理參數(shù)，可以測(cè)量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對(duì)材料的焊縫、粘接等進(jìn)行檢查。超聲波清洗和加工處理可以應(yīng)用于切割、焊接、噴霧、乳化、電鍍等工藝過(guò)程中。超聲波清洗是一種高效率的方法，已經(jīng)用于尖端和精密工業(yè)。大功率超聲可用于機(jī)械加工，使超聲波在拉管、拉絲、擠壓和鉚接等工藝中得到應(yīng)用。應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中的超聲波診斷開(kāi)展甚快，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)上三大影象診斷方法之一，與X線(xiàn)、同位素分別應(yīng)用于不同場(chǎng)合，例如超聲波理療、超聲波診斷、腫瘤治療和結(jié)石粉碎等。在農(nóng)業(yè)中，可以用超聲波對(duì)有機(jī)體細(xì)胞的殺傷的特性來(lái)進(jìn)行消毒滅菌，對(duì)作物種子進(jìn)行超聲波處理，有利于種子發(fā)芽和作物增產(chǎn)。此外超聲波的液體處理和凈化可應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中，例如超聲波水處理、燃油乳化、大氣除塵等。微波超聲的重點(diǎn)放在微波電子器件，已經(jīng)制成了超聲波延遲線(xiàn)、聲電放大器、聲電濾波器、脈沖壓縮濾波器等。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。在機(jī)器人作為一種能代替人工作業(yè)的智能機(jī)器，有著廣泛的應(yīng)用前景的前提下，其關(guān)鍵技術(shù)取決于機(jī)器人失卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確于否。超聲波傳感器以其價(jià)格低廉、硬件容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用用作測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)定位以及環(huán)境建模。超聲波測(cè)距作為輔助視覺(jué)系統(tǒng)與其它視覺(jué)系統(tǒng)〔如CCD圖像傳感器〕配合使用，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)視覺(jué)功能，具有自動(dòng)探測(cè)前方障礙物、自動(dòng)減速或剎車(chē)的功能，是未來(lái)高級(jí)小汽車(chē)和載重車(chē)輛必備的平安行駛輔助裝置。日本、美國(guó)和歐洲等各大汽車(chē)公司都已投入了相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪﹂_(kāi)發(fā)在高級(jí)汽車(chē)上使用的防撞與平安預(yù)警系統(tǒng)，包括毫米雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS、和高檔微機(jī)等。2.2超聲波測(cè)距的原理及誤差分析超聲波發(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(kāi)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(lái)，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。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。超聲波測(cè)距的原理超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為，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)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見(jiàn)，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的。測(cè)距的公式表示為：L=C×T式中L為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量，雖然目前的測(cè)距量程上能到達(dá)百米，但測(cè)量的精度往往只能到達(dá)厘米數(shù)量級(jí)。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為液體高度測(cè)量的理想手段。在精密的液位測(cè)量中需要到達(dá)毫米級(jí)的測(cè)量精度，但是目前國(guó)內(nèi)的超聲波測(cè)距專(zhuān)用集成電路都是只有厘米級(jí)的測(cè)量精度。通過(guò)分析超聲波測(cè)距誤差產(chǎn)生的原因，提高測(cè)量時(shí)間差到微秒級(jí)，以及用LM92溫度傳感器進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后，我們?cè)O(shè)計(jì)的高精度超聲波測(cè)距儀能到達(dá)毫米級(jí)的測(cè)量精度。超聲波測(cè)距誤差分析根據(jù)超聲波測(cè)距公式L=C×T，可知測(cè)距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測(cè)量距離傳播的時(shí)間誤差引起的。1〕時(shí)間誤差當(dāng)要求測(cè)距誤差小于1mm時(shí)，假設(shè)超聲波速度C=344m/s(20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。測(cè)距誤差s△t<(0.001/344)≈0.000002907s即2.907μ在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在到達(dá)微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時(shí)鐘基準(zhǔn)的89C51單片機(jī)定時(shí)器能方便的計(jì)數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用89C51定時(shí)器能保證時(shí)間誤差在1mm的測(cè)量范圍內(nèi)。2〕超聲波傳播速度誤差超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響，空氣的密度越高那么超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。超聲波速度與溫度的關(guān)系如下：式中：r—?dú)怏w定壓熱容與定容熱容的比值，對(duì)空氣為1.40，R—?dú)怏w普適常量，8.314kg·mol-1·K-1，M—?dú)怏w分子量，空氣為28.8×10-3kg·mol-1，T—絕對(duì)溫度，273K+T℃。近似公式為：C=C0+0.607×T℃式中：C0為零度時(shí)的聲波速度332m/s；T為實(shí)際溫度(℃)。對(duì)于超聲波測(cè)距精度要求到達(dá)1mm時(shí)，就必須把超聲波傳播的環(huán)境溫度考慮進(jìn)去。例如當(dāng)溫度0℃時(shí)超聲波速度是332m/s,30℃時(shí)是350m/s，溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。假設(shè)超聲波在30℃的環(huán)境下以0℃的聲速測(cè)量100m距離所引起的測(cè)量誤差將到達(dá)5m，測(cè)量超聲波發(fā)生器可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)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(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。2.3單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理單片機(jī)發(fā)出超聲波測(cè)距是通過(guò)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(cè)距離存在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(duì)聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測(cè)距離。為了增加所測(cè)量的覆蓋范圍、減小測(cè)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系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體電路的控制核心為單片機(jī)AT89C51。超聲波發(fā)射和接收電路中都對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行整形及放大，以保證測(cè)量結(jié)果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。另外還有溫度測(cè)量電路測(cè)量當(dāng)時(shí)的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量精度能夠到達(dá)要求。整體結(jié)構(gòu)圖包括超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、放大電路、比擬震蕩電路、單片機(jī)電路、鍵盤(pán)輸入電路、電源電路、復(fù)位電路、顯示電路、溫度測(cè)量電路及溫度補(bǔ)償電路等幾局部模塊組成。超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)超聲波接收電路放大電路超聲波發(fā)射電路放大超聲波接收電路放大電路超聲波發(fā)射電路放大電路比擬電路震蕩電路單片機(jī)AT89C51鍵盤(pán)輸入復(fù)位電路溫度傳感器DS18B20電源電路4位LED顯示器R40超聲波傳感器T40超聲波傳感器單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)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(hào)經(jīng)放大器放大，用比擬電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為t，用溫度測(cè)量電路測(cè)量當(dāng)時(shí)的空氣溫度，等到把數(shù)據(jù)送到單片機(jī)后使用軟件對(duì)超聲波的傳播速度進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)量精度能夠到達(dá)要求。再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。用復(fù)位電路重置系統(tǒng)后可進(jìn)行下一次測(cè)試。3.2AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介3.2.1AT89CAT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器〔FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該系列單片機(jī)引腳如圖3.2所示。圖3.2AT89C51單片機(jī)3.2.2AT89C與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128×8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線(xiàn)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線(xiàn)，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2.3AT89CVCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。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口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1P3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(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”P(pán)3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：口管腳備選功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2/INT0〔外部中斷0〕P3.3/INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔記時(shí)器0外部輸入〕P3.5T1〔記時(shí)器1外部輸入〕P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕P3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(fǎng)問(wèn)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)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/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(fǎng)問(wèn)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)，那么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(lái)自反向振蕩器的輸出。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。3.3DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介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(xiāo)售的有雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(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工作條件范圍內(nèi)，半導(dǎo)體熱敏電阻器具有體積小、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〕。本設(shè)計(jì)采用的是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司的不銹鋼封裝的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20是采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的不銹鋼外殼，僅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導(dǎo)熱性高的密封膠，保證了溫度傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲。DS18B20支持“一線(xiàn)總線(xiàn)〞接口〔1-Wire〕，測(cè)量溫度范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°CDS18B20采用3腳PR-35封裝；DS18B20數(shù)字化溫度傳感器的主要性能如下：1) 適用電壓為3V～5V；2) 9～12位分辨率可調(diào)，對(duì)應(yīng)的可編程溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃3) TO-92、SOIC及CSP封裝可選；4) 測(cè)溫范圍：-55℃～1255) 精度：-10℃～85℃范圍內(nèi)±6) 無(wú)需外部元件，獨(dú)特的一線(xiàn)接口，電源和信號(hào)復(fù)合在一起；7) 每個(gè)芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，零功耗等待。該系列溫度傳感器引腳如圖3.3圖3.3DS18B20溫度傳感器3.4T40、R40超聲波傳感器簡(jiǎn)介3.4.1超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的鼓勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭〔縱波〕、斜探頭〔橫波〕、外表波探頭〔外表波〕、蘭姆波探頭〔蘭姆波〕、雙探頭〔一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收〕等。3.4.2超聲波傳感器的超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的不同方面，而醫(yī)學(xué)應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一，下面以醫(yī)學(xué)為例子說(shuō)明超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用。超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡送。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學(xué)原理，我們來(lái)看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個(gè)方法是利用超聲波的反射。當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面是，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來(lái)，而兩個(gè)界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的上下。在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去，許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息〞地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。在未來(lái)的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。超聲波距離傳感器技術(shù)應(yīng)用超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位〔液位〕監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便，防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。3.4.3超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩〔橫波〕及縱向振蕩〔縱波〕。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中那么頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體〔電致伸縮〕及鎳鐵鋁合金〔磁致伸縮〕兩類(lèi)。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛〔PZT〕等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差異，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類(lèi)傳感器適用于測(cè)距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等〔其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)〕。另有一種密封式超聲波傳感器〔MA40EI型〕。它的特點(diǎn)是具有防水作用〔但不能放入水中〕，可以作料位及接近開(kāi)關(guān)用，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種根本類(lèi)型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門(mén)、接近開(kāi)關(guān)等；別離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等。由發(fā)送傳感器(或稱(chēng)波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱(chēng)波接收器)、控制局部與電源局部組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè).而實(shí)際使用中，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子。控制局部主要對(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。3.5LM7805端穩(wěn)壓集成電路3.5.1用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格廉價(jià)。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用3.5.21〕最大輸出電流1A2〕輸出電壓為5V，6V，8V，9V，10V，12V，15V，18V，24V3〕熱過(guò)載保護(hù)5〕短路保護(hù)6〕輸出晶體管平安工作區(qū)保護(hù)3.5.在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器〔當(dāng)然小功率的條件下不用〕。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，使其最大輸出電流為N個(gè)1.5A，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠(chǎng)家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以防止個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。在lm78、lm79系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO-220和TO-202兩種封裝。3.6LM567鎖相環(huán)3.6.1LM567的概述LM567為通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器，LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過(guò)程非常復(fù)雜(具體的可參考:音頻*567芯片詳解)，這里僅將其根本功能概述如下：當(dāng)LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的②腳輸入音頻信號(hào)，那么在⑤腳輸出受②腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。用外接元件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線(xiàn)載波通信，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。LM567如圖3.4所示。3.6.2LM567的功能表達(dá)①、②腳通常分別通過(guò)一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應(yīng)至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號(hào)≥25mV。⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC。⑧腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開(kāi)路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。3.6.3LM567主要參數(shù)工作溫度范圍:0°CSVHC(高度關(guān)注物質(zhì)):NoSVHC(18-Jun-2023)封裝類(lèi)型:SOP電源電壓最大:9V電源電壓最小:4.75V外表安裝器件:外表安裝帶座封裝形式:SOP最高頻率:500kHz電源電流:10mA輸入電壓最大:9V輸出數(shù):1輸出電壓最大:1V輸出電流最大:0.1A針腳數(shù):8圖3.4LM567鎖相環(huán)3.7超聲波發(fā)射器電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3.5所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T40構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)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(jí)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(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，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3.5超聲波發(fā)射電路原理圖3.8超聲波檢測(cè)接受電路超聲波接收電路由超聲波傳感器、兩級(jí)放大電路和鎖相環(huán)電路組成。超聲波接收電路如圖3.6所示。超聲波傳感器接收到的反射波信號(hào)非常微弱，兩級(jí)放大電路用于對(duì)傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行放大。鎖相環(huán)電路接收到頻率符合要求的信號(hào)后向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。鎖相環(huán)LM567內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率為，鎖定帶寬與C3有關(guān)。由于發(fā)送的超聲波頻率為40kHz，幫調(diào)整相關(guān)元件使鎖相環(huán)的中心頻率為40kHz，只響應(yīng)該頻率的信號(hào)，防止了其他頻率信號(hào)的干擾。當(dāng)超聲波傳感器接收到超聲波信號(hào)后，送入兩級(jí)放大器放大，放大后的信號(hào)進(jìn)入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為40kHz，那么從8腳發(fā)出低電平中斷請(qǐng)求信號(hào)送單片機(jī)P3.3端，單片機(jī)檢測(cè)到低電平后停止定時(shí)器的工作。圖3.6超聲波接收電路3.9顯示電路顯示電路如圖3.7，四位LED組成動(dòng)態(tài)掃描電路，由AT89C51的P0口輸出要顯示的數(shù)值對(duì)應(yīng)的8位二進(jìn)制數(shù)碼〔數(shù)碼管顯示值“1〞=P0口輸出“11111001〞〕。動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，由P2口控制LED的的四個(gè)數(shù)碼管中數(shù)碼管的選通。當(dāng)距離測(cè)量結(jié)束并調(diào)用顯示程序，就會(huì)顯示距離大小，顯示兩位小數(shù)。當(dāng)按下按鍵k2時(shí)，將會(huì)顯示溫度值，延時(shí)5s后恢復(fù)顯示距離值。圖3.7顯示電路3.10LM7805電平轉(zhuǎn)換電路LM7805電平轉(zhuǎn)換電路如圖3.8所示。為方便起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)采用的是9V電池為發(fā)光二極管D1、二極管D2、電容C1及三端穩(wěn)壓器LM805供電，直流電送入三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓后，三端穩(wěn)壓器LM7805輸出+5V穩(wěn)恒直流電，為電路中的電容C2、C3、C4提供電源。LED是電源指示燈，通電后發(fā)光。圖3.8LM7805電平轉(zhuǎn)換電路3.11AT89C51復(fù)位電路AT89C51復(fù)位有一個(gè)專(zhuān)用的外部引腳RESET，外部可通過(guò)此引腳輸入一個(gè)正脈沖使單片機(jī)復(fù)位。所謂復(fù)位，就是強(qiáng)制單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開(kāi)始工作。本設(shè)計(jì)采用的是電平式開(kāi)關(guān)與上電復(fù)位電路，為了能使運(yùn)行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預(yù)，強(qiáng)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。其電路圖如3.9所示；圖3.9AT89C51復(fù)位電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程超聲波測(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及顯示子程序組成。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(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)間要求精度較高的局部全部由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫(xiě)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表達(dá)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(pán)掃描處理程序等模塊組成，圖5.1為主程序流程圖。系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，不斷掃描按鍵k1，假設(shè)按鍵k1按下，那么開(kāi)始測(cè)量空氣溫度，然后將P1.0置位，使定時(shí)器T0開(kāi)始定時(shí)，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時(shí)使定時(shí)器T1開(kāi)始定時(shí)。CPU循環(huán)檢測(cè)P3.3引腳，當(dāng)P3.3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，LED顯示距離。最后檢測(cè)按鍵k2，假設(shè)k2閉合，那么調(diào)用溫度顯示子程序，LED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〕5s后恢復(fù)顯示本次測(cè)量距離；假設(shè)按鍵k2沒(méi)有閉合，那么顯示器恒定顯示最新一次的測(cè)量結(jié)果；假設(shè)要進(jìn)行下一次測(cè)量，那么先要按下k3重新開(kāi)始，再按下按鍵k1才執(zhí)行新一次測(cè)量。由于不需輸入數(shù)據(jù)，鍵盤(pán)只設(shè)置了3個(gè)按鍵，用于開(kāi)始測(cè)量距離并顯示溫度功能設(shè)置等。NNYNYNYYN開(kāi)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5.1主程序流程4.2子程序設(shè)計(jì)4.2.1超聲波發(fā)送子程序及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12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T1翻開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器T1工作在方式0。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1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T1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)，那么定時(shí)器T1溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值0表示此次測(cè)距不成功。圖5.5為超聲波發(fā)送及超聲波接收程序流程圖T1停止時(shí)，保持定時(shí)值發(fā)射超聲波，T1計(jì)時(shí)接收到反射波K1閉合系統(tǒng)初始化開(kāi)始T1停止時(shí)，保持定時(shí)值發(fā)射超聲波，T1計(jì)時(shí)接收到反射波K1閉合系統(tǒng)初始化開(kāi)始圖5.2超聲波發(fā)送及超聲波接收程序流程圖超聲波發(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12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T1翻開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)，定時(shí)器T1工作在方式0。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷1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T1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)，那么定時(shí)器T1溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值0表示此次測(cè)距不成功。T0中斷效勞程序如下：sbitsend=P1^0;voidtimer0(void)interrupt1{send=!send;TH0=0x1f;TL0=0xf4;}超聲波接收〔外部中斷1〕程序：voidint1(void)interrupt2{if(TH1!=0x00&&TH0!=0x00) {b=1; TR1=0; TR0=0; t=TH1*256+TL1;t=t/1000000;TH0=0x1f;TL0=0xf4;TH1=0x00;TL1=0x00; } else {b=0; TR1=0; TR0=0;TH0=0x1f;TL0=0xf4;TH1=0x00;TL1=0x00;}}4.2.2測(cè)溫子程序測(cè)溫的主要器件是DS18B20，現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)〞的數(shù)字方式傳輸，DS18B20中有兩個(gè)存測(cè)得的溫度值的兩個(gè)8位存貯器RAM，用11位存貯溫度值，最高位〔5位〕為符號(hào)位。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。圖6.2為DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式：LSBytebit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LSByte232221202－12－22－32－4MSByteMSByteSSSSS262524圖6.2DS18B20的溫度存儲(chǔ)方式負(fù)溫度時(shí)S=1，正溫度時(shí)S=0。因此我們只需要逐位讀出它的溫度就可以了。讀出一個(gè)字節(jié)C代碼如下：ucharreadbyte(void)//直接讀一字節(jié)程序{uchari,k; i=8; k=0; while(i--) { tem_in=1; delay_us(1); tem_in=0; k=k>>1; tem_in=1; NOP; if(tem_in)k|=0x80;//tem_in為1時(shí)，那么該位也為1 delay_us(4);} return(k);}4.2.3距離計(jì)算子程序當(dāng)前溫度和超聲波往返時(shí)間均測(cè)量出來(lái)后，用C語(yǔ)言根據(jù)公式計(jì)算距離來(lái)編程是比擬簡(jiǎn)單的算法。根據(jù)測(cè)量距離，而其中，故可簡(jiǎn)化為：，其實(shí)現(xiàn)程序算法如下：#include<math.h>voiddistance(void){doubleradical,dist,t;radical=sqrt(1+(temnum+273)/273);dist=165.7*t*radical;return(dist);} 5總結(jié)超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)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)；另一種是發(fā)射波被物體反射回來(lái)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)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三局部。單片機(jī)采用AT89C51。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號(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)用的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，段碼用74LS244驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管8550驅(qū)動(dòng)。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及顯示子程序組成。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(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。利用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)距儀便于操作、讀數(shù)直觀。經(jīng)實(shí)際測(cè)試證明，該類(lèi)測(cè)距儀工作穩(wěn)定,能滿(mǎn)足一般近距離測(cè)距的要求，且本錢(qián)較低、有良好的性?xún)r(jià)比。由于該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定時(shí)間，測(cè)得的距離有誤差，在汽車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)用中可忽略不計(jì)；但在精度要求較高的工業(yè)領(lǐng)域如機(jī)器人自動(dòng)測(cè)距等方面，此誤差不能忽略，可以通過(guò)改變一些硬件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的快速鎖定或根據(jù)自己的需要在程序中參加測(cè)距軟件補(bǔ)償?shù)拇a，使誤差進(jìn)一步減小，可以滿(mǎn)足更高要求。本設(shè)計(jì)完整地做出之后可測(cè)量十米以?xún)?nèi)的距離。因?yàn)槌暡ǖ奶匦?，測(cè)距時(shí)保證傳感器與被測(cè)物間，以及測(cè)量軸線(xiàn)上沒(méi)有障礙物；且要盡量保證傳感器軸線(xiàn)與被測(cè)物外表垂直；實(shí)際測(cè)距范圍與被測(cè)物外表材料等因素有關(guān)，一般不要測(cè)量外表為毛料的物體外表。致謝從開(kāi)始做論文到論文根本完成，經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間，從開(kāi)始的一知半解到現(xiàn)在的全面了解算是經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中有無(wú)數(shù)人給了我莫大的幫助。首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師李慧老師。感謝她在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我的悉心指導(dǎo)與各方面的幫助，她給了我許多非常有益的建議和意見(jiàn)，使我在思路上得到了很大的開(kāi)闊，從中認(rèn)識(shí)到了自己存在的缺乏，并且學(xué)到了很多非常珍貴的知識(shí)。特別是在我論文定稿前認(rèn)真的審閱了我的論文，指出我的錯(cuò)誤和缺乏之處，在這里深表感謝！其次感謝我要感謝與我度過(guò)四年大學(xué)生活的同學(xué)們，你們?cè)诖髮W(xué)的四年里給予我許多學(xué)習(xí)與生活上的幫助。最后我要感謝我的家人，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(wú)盡的關(guān)愛(ài)、理解和支持，才使我時(shí)刻充滿(mǎn)信心和勇氣，克服成長(zhǎng)路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)[1]胡萍.超聲波測(cè)距儀的研制.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2003.10

[2]時(shí)德剛，劉嘩.超聲波測(cè)距的研究.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002.10

[3]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，2002.5[4]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，1993.6[5]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，1999.4[6]徐淑華，程退安，姚萬(wàn)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(zhǎng)贊.紅外線(xiàn)與超聲波遙控.北京：人民郵電出版社，1993.7[8]張謙琳.超聲波檢測(cè)原理和方法.北京：中國(guó)科技大學(xué)出版社，1993.10[9]九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.5[10]樊昌元，丁義元.高精度測(cè)距雷達(dá)研究.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2000.10[11]蘇偉，鞏壁建.超聲波測(cè)距誤差分析.傳感器技術(shù)，2004.[12]永學(xué)等.1-Wire總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用.電子產(chǎn)品世界，2003.12[13]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1998.3[14]恒清，張靖.加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004.10[15]晗曉，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)，2004.6[16]豐，薛紅宣.采用軟件抗干擾設(shè)計(jì)提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性.電子產(chǎn)品世界，2004.1[17]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)，2003.3[18]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，2002.5[19]繼興，劉霞.單片機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾措施分析.電子測(cè)量技術(shù)，2003[20]田華等.可編程單總線(xiàn)數(shù)字式溫度傳感器DS18B2的原理與應(yīng)用.電子質(zhì)量，2004.7[21]楊姣秀,基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì).湖南工業(yè)大學(xué)，2023[22]百度文庫(kù)[23]D.Pearlmutter，Eerily，Y.Etzion，I.A.Meir，H.Di，Refinetheuseoftheevaporationinanexperimentaldown-draftcooltower，Energys.1995[24]rtoriS，ZHANGGX.GeometricErrorMeasurementandCompensationofMachines.AnnalsoftheCIRP.1995:599-609[25]oltonW.Instrumentation&processmeasurement.LongmanScientific&Technical.1991[26]TomR.Watt.Coolingourtomorrowseconomically，ASHRAEJournal.[27]ArmyKayla.Improvingefficiencyinexistingchillerswithoptimizationtechnology，ASHRAEJournal.附錄A國(guó)外相關(guān)文章Ultrasonicwaveproduction:Thesoundwaveistheobjectmechanicalvibrationscondition(orenergy)disseminationform.Theso-calledvibrationisreferstomaterialtheparticlethereciprocatingmotionwhichcarriesonnearbyitspositionofequilibrium.Forexample,drumsurfaceafterrap,itonhighandlowvibrates,thiskindofvibrationalstatetodisseminatesinalldirectionsthroughtheairmedium,thisisasoundwave.Theultrasonicwaveisreferstothevibrationalfrequencytobebiggerthanabove20KHz,itseachsecondvibrationnumberoftimes(frequency)veryhigh,hassurpassedthepersonearsenseofhearingupperlimit(20000Hz),peoplesoundwavenamedultrasonicwavewhichcannothearthiskind.SupersonicandmayWenShengbeessentiallyconsistent,theircommongroundisonekindofmechanicalvibrations,usuallywilldisseminatebythelongitudinalwavewayintheelasticmedium,willbeonekindofenergydisseminationform,itsdiversitywillbetheultrasonicfrequencyishigh,thewavelength,willhavethegoodbeamincertaindistancealongthestraightlinedisseminationandthedirectivity,atpresenttheabdomensupersonicimageformationwillusethefrequencyrangein2~5MHz,(willvibrate1timefor3~3.5MHzeachsecondis1Hz,1MHz=106Hzcommonlyused,namelyeachsecondwillvibrate1,000,000times,butWenBofrequencybetween16-20000HZ).Twomainparametersaboutultrasonicwave:Twomainparametersaboutultrasonicwaveare:Frequency:F≥20KHz;Powerdensity:p=emissivepower(W)/emittingarea(cm2);Usuallyp≥0.3w/cm2;Thesupersonicwaveenergywhichdisseminatesintheliquidcarriesonthecleantotheobjectsurface'scontamination,itsprincipleavailable“thecavitation〞thephenomenonexplained:Theultrasonicwavevibrationdisseminateswhentheliquidthesoundwaveintensityofpressurewhichachievesanatmosphericpressure,itspowerdensityis0.35w/cm2,bynowtheultrasonicwavesoundwaveintensityofpressurepeakvaluemightachievethevacuumorthenegativepressure,butinfactdoesnothavethenegativepressureexistence,thereforehasaverytremendouspressureintheliquid,becomestheemptycavitationnucleustheliquidmembertensionfracture.Thiscavityveryclosevacuum,itwhentheultrasonicwaveintensityofpressureachievesreverseisbiggestbursts,asaresultofburststheintenseimpactwhichproducestohittheobjectsurfacecontamination.Thiskindtheshock-wavephenomenonwhichproducesbytheinnumerabletinycavitationairbubblecollapseiscalled“thecavitation〞thephenomenon.Thefunctionofultrasonicwave:Theglasscomponents,theglassandceramicarticle'sremovingdirtystuffisterriblebusiness,ifputsinthesegoodsinthecleaningliquid,passesovertheultrasonicwaveagain,onthecleaningliquidfiercevibrationimpactgoodsdirt,cancleancleanlyveryquickly.Althoughsaidthatthehumanitydoesnotlistentothefavorablebalanceoftradesoundwave,butmanyanimalsactuallyhavethisability.Theymayusingtheultrasonicwave“theguidance〞,capturefood,oravoidsthedanger.Everybodypossiblysawsummer'snighthashadmanybatsbackandforthtosoarinthegarden,whyhaven'ttheyintheluminoussituationsoared,butwillnotlosethedirection?Thereasonisthebatcansendout2~100,000hertzultrasonicwaves,thisisjustlikeisaactivity“theradarstation〞.Thebatispreciselyusesthiskind“theradar〞frontthejudgmentflightisaninsect,perhapsobstacle.Butradar'squalityhasseveraldozens,severalhundred,severalthousandkilograms,butinsomeimportantperformanceprecision.Antijammingabilityandsoon,batfarsuperiorandmodernwirelessbeacon.Onthedeepresearchanimalbodyeachkindoforgan'sfunctionandthestructure,willobtaintheknowledgeusesfortoimprovetheexistingequipment,thisisanewdisciplinewhichforthepastmanyyearsdevelops,thenamedbionics.OurhumanityonlythentheacademicsocietyusestheultrasonicwaveuntiltheFirstWorldWar,thisisuses“thesoundnavigationandranging〞theprinciplesearchesinthesoundingthegoalandthecondition,likesubmarine'spositionandsoon.Thistimethepeoplesendoutaseriesofdifferentfrequenciestothewaterintheultrasonicwave,thentherecordandtheprocessingreflectionecho,wethenm