數(shù)字超聲波測距儀的設(shè)計論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　由于現(xiàn)代生產(chǎn)要求，人們發(fā)現(xiàn)需要實現(xiàn)無接觸式的生產(chǎn)測距，而超聲波測距是一種性能良好的測距方式，主要應(yīng)用于倒車雷達、工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，本文設(shè)計了一種以AT89S51單片機為核心的低成本、高精度、微型化LED顯示超聲波測距儀，并使用一些常用的芯片如：74LS04等。系統(tǒng)由單片機、超聲波發(fā)射電路、超聲波接受放大電路以及顯示電路構(gòu)成。

2、由芯片AT89S51控制計算超聲波從發(fā)射到接受的傳送時間，從而得到待測距離。本系統(tǒng)具有易檢測、軟件功能完善，工作可靠、準確度高等優(yōu)點。</p><p>　　本文論述了單片機技術(shù)研制成功的超聲波測距儀的基本原理，測量計算方法，實現(xiàn)方案。采用軟件矯正，提高了測量精度和整機的可靠性。實際使用表明，極大的提高了安全性、可靠性和準確度。</p><p>　　關(guān)鍵詞 測距儀；超聲波；傳感器；單片機&l

3、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Because of modern production requirements, it was discovered that the need to achieve the production of non-contact distance measurement, and ultraso

4、nic distance measurement is a good performance of the ranging approach is mainly used in reversing radar sites as well as some industrial field,this paper designed a to AT89S51 MCU as the core of the low-cost,high-precis

5、ion,micro-LED display of ultrasonic range finder,and use some commonly used devices such as:74LS04,etc..System consists of microcon</p><p>　　This paper discusses the successful development of microcomputer t

6、echnology,the basic principles of ultrasonic range finder,measurement method of calculating implementations.Use of software calibration,improved accuracy and machine reliability.The actual use of that greatly improves sa

7、fety,reliability and accuracy.</p><p>　　Keywords distance meter;ultrasonic;sensor;microcontroller</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要.........................................

8、................... I</p><p>　　Abstract....................................................... II</p><p>　　第1章 概述..................................................... 1</p><p>　　1.1

9、設(shè)計的現(xiàn)狀............................................... 1</p><p>　　1.2設(shè)計的思路............................................... 1</p><p>　　1.3設(shè)計的重點與難點......................................... 1</p>

10、;<p>　　第2章 超聲波測距的原理.......................................... 3</p><p>　　2.1超聲波的介紹............................................. 3</p><p>　　2.1.1什么是超聲波.....................................

11、.. 3</p><p>　　2.1.2超聲波的特性及特點................................. 3</p><p>　　2.1.3超聲波的應(yīng)用....................................... 3</p><p>　　2.2超聲波測距儀的原理..................................

12、..... 4</p><p>　　2.2.1超聲波發(fā)生器....................................... 4</p><p>　　2.2.2壓電式超聲波發(fā)生器的原理........................... 4</p><p>　　2.2.3超聲波測距的原理.................................

13、.. 4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)設(shè)計.................................................. 7</p><p>　　3.1系統(tǒng)設(shè)計................................................. 7</p><p>　　3.2芯片AT89S51介紹...............

14、.......................... 7</p><p>　　3.3傳感器的選取............................................ 10</p><p>　　3.3.1傳感器的定義及作用................................ 10</p><p>　　3.3.2傳感器德特性.......

15、............................... 10</p><p>　　3.3.3傳感器的選用...................................... 10</p><p>　　3.4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計........................................ 13</p><p>　　3.5測距顯示電路設(shè)計

16、........................................ 13</p><p>　　3.6超聲波發(fā)射電路的設(shè)計.................................... 15</p><p>　　3.7超聲波接受電路的設(shè)計.................................... 16</p><p>　　3.8探

17、測電路的設(shè)計.......................................... 16</p><p>　　3.9系統(tǒng)軟件的設(shè)計.......................................... 17</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的調(diào)試............................................... 20</p>

18、;<p>　　4.1軟硬件的調(diào)試............................................ 20</p><p>　　4.2儀器精度分析及如何提高超聲波測距精度.................... 20</p><p>　　結(jié)論..........................................................

19、 23</p><p>　　致謝........................................................... 25</p><p>　　參考文獻....................................................... 26</p><p>　　附錄1..................

20、........................................ 27</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計的現(xiàn)狀</b></p><p>　　目前國內(nèi)一般使用專用集成電路設(shè)計超聲波測距儀，但是專用集成電路的成本很高，并且顯示距離也比較困難，操作使用也

21、不是很方便，而本設(shè)計研究的測距儀成本低廉，性能優(yōu)良，市場前景極為廣闊，對提高我國汽車工業(yè)實際水平，具有較大的時間意義，在整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的距離，并用數(shù)字顯示出來，在倒車到極限距離時會發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車。本設(shè)計可望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的好幫手，可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車如冷藏車、集裝箱車、垃圾車、食品車、載貨車、公共汽車等的倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、

22、倒車入庫以及進入停車場停車到位，甚至還能防止盜賊扒車。</p><p>　　展望未來，超聲波測距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發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本為：研制具有更高定位精度的被動測距聲納，以滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖曳線列陣聲納，實現(xiàn)超遠程的被動探測和識別；研制更適合于淺海工作的潛

23、艇聲納，特別是解決淺海水中目標識別問題；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，未來的超聲波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合，形成多測距儀。隨著測距儀的技術(shù)進步，測距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計的思路</b></p>&

24、lt;p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計思想是采用以AT89S51單片機為核心，來設(shè)計一種低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀。</p><p>　　超聲波測距可測出回波和發(fā)射脈沖之間的時間間隔，利用S=Ct/2就可以算出距離，再在LED上顯示出來。當然還可以設(shè)置若干個鍵，以用來控制電路的工作狀態(tài)。限制的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度，反射面的質(zhì)地，反射面和入射波之間的夾角以及接受換能器的靈敏度。接受換能器

25、對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求并綜合各方面因素，采用AT89S51單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號可以用單片機的定時器和計數(shù)器來完成。</p><p>　　1.3 設(shè)計的重點與難點</p><p>　　本設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計一個超聲波測距器，可以應(yīng)用于汽車倒車位置監(jiān)控，也可用于如液位、井

26、深、管道長度的測量等場合。要求測量范圍在1.10-4.00m，測量精度1cm，測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果，能夠手工設(shè)定報警量值。</p><p>　　系統(tǒng)組成的設(shè)計：各部分硬件的選取很有講究，要十分合理。</p><p><b>　　設(shè)計的難點是：</b></p><p>　　超聲波信號的接收、發(fā)射的設(shè)計</p

27、><p><b>　　顯示電路設(shè)計</b></p><p><b>　　流程圖及程序的設(shè)計</b></p><p>　　第2章 超聲波測距的原理</p><p>　　2.1 超聲波的介紹</p><p>　　2.1.1 什么是超聲波</p><p>　　

28、聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物體的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣煤質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。</p><p>　　超聲波是指頻率高于20KHz的機械波。為了以超聲波作為檢測手段，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)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)射器和接收器，但一個超聲波傳感

29、器也可以具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在接收回波的時候，則將超聲波振動轉(zhuǎn)化成電信號。</p><p>　　2.1.2 超聲波的特性及特點</p><p>　　超聲波具有如下特點：</p><p>　　超聲波可以在氣體、液體、固體、固溶體等介質(zhì)中有效傳播。</

30、p><p>　　超聲波可傳播很強的能量。</p><p>　　超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。</p><p>　　超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。</p><p><b>　　超聲波具有的特點：</b></p><p>　　超聲波在傳播時，方向性強，能量易于集中

31、。</p><p>　　超聲波能在各種不同煤質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離。</p><p>　　超聲與傳聲煤質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲煤質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶嘿|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng)）。（治療）</p><p>　　超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介（如B超等用作診斷）；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超

32、聲波的煤質(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)（用作治療）。超聲波以直線方式傳播，頻率越高，環(huán)繞能力越弱，但反射能力越強，為此，利用超聲波的這種性質(zhì)就可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中傳播速度較慢，為340m/s，這就使得超聲波使用變得非常簡單。</p><p>　　2.1.3 超聲波的應(yīng)用</p><p>　　超聲波測距主要應(yīng)用與倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)

33、現(xiàn)場，例如：液位、井深、管道長度等場合。在機器人作為一種能代替人工作業(yè)的智能機器，有著廣泛的應(yīng)用前景的前提下，其關(guān)鍵技術(shù)取決于機器人視覺系統(tǒng)設(shè)計的精準與否。超聲波傳感器以其價格低廉、硬件容易實現(xiàn)的優(yōu)點，被廣泛用作測距傳感器，實現(xiàn)定位以及環(huán)境建模。超聲波測距作為輔助視覺系統(tǒng)與其他視覺系統(tǒng)（如CCD圖像傳感器）配合使用，可實現(xiàn)整個視覺功能，具有自動探測前方障礙物、自動減速或剎車的功能，是未來高級小汽車和載重車輛必備的安全行駛輔助裝置。日本、

34、美國和歐洲等各大汽車公司都已投入了相當?shù)娜肆?、物力開發(fā)在高級汽車上使用的防撞與安全預(yù)警系統(tǒng)，包括毫米波雷達、CCD攝像機、GPS和高檔微機等。據(jù)海外媒體報道，戴姆勒-克萊斯勒公司日前成功開發(fā)出供商用車（尤指卡車）使用的電子剎車系統(tǒng)，它利用車載前視雷達感應(yīng)器探測前方景物，由車載控制器處理這一感知信息而形成虛擬景象，由此來判斷當前路況是否需要啟動自動剎車裝置。</p><p>　　2.2 超聲波測距器的原理</

35、p><p>　　2.2.1 超聲波發(fā)生器</p><p>　　為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，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，另一類是機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括電壓型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液銷和氣流旋笛等。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)

36、生器。</p><p>　　2.2.2 壓電式超聲波發(fā)生器的原理</p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板，當它的兩級外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為

37、超聲波接收器了。</p><p>　　2.2.3 超聲波測距的原理</p><p>　　超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of flight）。它通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所發(fā)射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差T，然后求出距離S。一般采用渡越時間法：即S=CT/2，其中S為測量點與被測量物體之間的距離，C為聲波在介質(zhì)（此處為空氣）中的傳播速度，T為超聲波發(fā)射

38、到返回的時間間隔。</p><p>　　由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與空氣溫度有關(guān)，一般來說，溫度每升高1攝氏度，聲速增加0.6米/秒。下表列出了幾種溫度下的聲速：</p><p>　　表2-1 聲速與溫度的關(guān)系表</p><p>　　在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速C是基本不變的，計算時取C為340m/s。如果測距精度要求很高，則可通過改變硬件電路增加

39、溫度補償電路的方法或者在硬件電路基本不變的情況下通過軟件改進算法的方法來加以校正。如果環(huán)境溫度變化顯著，則必須考慮溫度補償問題?？諝庵新曀倥c溫度的關(guān)系可表示為：</p><p><b>　　(式2-1)</b></p><p>　　聲速確定后，只要測的超聲波往返的時間，即可求得距離。</p><p>　　由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)

40、中傳播距離遠，因而超聲波可以用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設(shè)計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到要求。超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，另一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測量，可以采用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。</p><p>　　利用超聲波測距原理，測量低速行駛車輛與飛機的距離，當車輛與飛機的距離小于安全距離時，發(fā)出聲光報警，并顯示車輛與飛機之間的距離

41、，提醒駕駛員及時采取減速、制動等措施，從而達到避免車輛與飛機碰撞、拖掛等事故。整個系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、超聲波接收、51單片機系統(tǒng)和聲光報警、距離顯示等設(shè)備組成。如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 超聲波測距報警裝置原理框圖</p><p>　　發(fā)射部分由高頻率振蕩器、單脈沖發(fā)生器、編碼調(diào)制器、功率放大器及超聲波換能器組成。單脈沖發(fā)生器在振蕩器的每個周期內(nèi)都被觸發(fā)，產(chǎn)生固定脈寬的脈

42、沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進行編碼調(diào)制，經(jīng)功率放大后，通過超聲換能器發(fā)射超聲波。</p><p>　　接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調(diào)器組成。接收到的超聲波發(fā)射信號經(jīng)超聲換能器轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)后，送到單片機系統(tǒng)進行處理，并通過距離顯示器顯示車輛與飛機之間的距離，當該距離小于設(shè)定的告警距離時，啟動報警系統(tǒng)報警。</p><p>　　在多臺車輛同時作業(yè)時，某臺車輛發(fā)射的超

43、聲波信號可能被其他車輛接收，從而因造成系統(tǒng)混亂而產(chǎn)生誤報。為解決這一問題，系統(tǒng)對不同的車輛進行不同的編碼調(diào)制，使每輛車只能接收到其本身發(fā)射的信號。</p><p>　　為有效消除干擾，編碼調(diào)解采用積累檢測解調(diào)。V1為被放大后的含有干擾的接收信號，經(jīng)門限檢測電路與門限電壓V0比較后輸出脈沖V2（當V1>V2時，輸出脈沖，反之無輸出）。單穩(wěn)電路1和單穩(wěn)電路2相互配合與或非門共同構(gòu)成一個可以重新觸發(fā)的單穩(wěn)電路，通

44、過此單穩(wěn)電路，實現(xiàn)對脈沖序列的延時積累，其輸出為V3，V3經(jīng)積分器積分后輸出V4，最后經(jīng)整形電路整形后輸出，V5并送入單片機處理。</p><p>　　系統(tǒng)中的發(fā)射和接收部分由單片機控制輪流工作。在單片機編碼發(fā)送完畢后，即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，同時關(guān)閉發(fā)射部分的單脈沖發(fā)生器；當接收一定時間后再轉(zhuǎn)入發(fā)射狀態(tài)重發(fā)編碼時，同時關(guān)閉接收放大器。因此，為保證測距正確，接收時間必須根據(jù)實際量程來限制時，眾所周知，聲波傳播的距離s、速

45、度c及傳播時間t之間的關(guān)系為：若系統(tǒng)量程為5m，則接收時間T應(yīng)滿足：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　第3章 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計采用AT89S51單片機

46、作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器和計數(shù)器來完成，超聲波測距器的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示：</p><p><b>　　電聲</b></p><p>　　圖3-1 超聲波測距器系統(tǒng)框圖</p><p>　　系統(tǒng)框圖中的單片機AT89S51用來協(xié)調(diào)各個單元，超聲波接收電路用來接收要接收的信號，超聲波發(fā)射電路

47、用來發(fā)射需要發(fā)射的信號，存儲器用來存儲接收的信號，用數(shù)碼管LED顯示距離。</p><p>　　3.2 芯片AT89S51介紹</p><p>　　3.2.1 AT89S51單片機的概述</p><p>　　由于此單片機應(yīng)用在測距儀上，所以本設(shè)計選用了低功耗、低價格、小管腳（40腳）的AT89S51單片機。如圖3-2所示：</p><p>　

48、　AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)，AT89S51具有40個引腳，4K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器

49、。</p><p><b>　　引腳功能介紹：</b></p><p><b>　　Vcc:電源電壓。</b></p><p><b>　　GND:地。</b></p><p>　　P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，也是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，作為輸出口用時，每位能驅(qū)

50、動8個TTL。</p><p>　　邏輯門電路，對端口寫：“1”可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　圖3-2 AT89S51芯片引腳圖</p><p>　　在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序

51、校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。</p><p>　　Flash編程和程序校驗期間，

52、P1接收低8位地址。</p><p>　　表3-1 P1口的功能</p><p>　　5、P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。</p><

53、p>　　Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。</p><p>　　P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。</p><p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要

54、的用途是它的第二功能，如表3.2所示：</p><p>　　表3-2 P3口的功能</p><p>　　7、RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFRAUXR的DISRTO位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。</p><p>　　8

55、、ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　9、EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電

56、平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接Vvv端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。</p><p>　　Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。</p><p>　　10、PSEN：程序存儲允許輸出時外部程序存儲器的讀選信號，當AT89S51由外部程序存儲器取指令

57、或數(shù)據(jù)時，每個機器周期為兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸入端。</p><p>　　3.3 傳感器的選取</p><p>　　3.3.1 傳感器的定義及作用<

58、;/p><p>　　一、廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會（IEC:International Electrotechnical Committee）的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理（模擬或數(shù)字）能力的傳感器”。

59、傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測信號輸入的第一道關(guān)口。</p><p><b>　　二、傳感器的作用</b></p><p><b>　　1、信息的收集；</b></p><p>　　2、信息數(shù)據(jù)的交換；</p><p>　　3、控制信息的采集。</p><p>　

60、　3.3.2 傳感器的特性</p><p>　　1、靈敏度高、可靠性強、穩(wěn)定性好；</p><p>　　2、防塵耐濕、耐高低溫、耐沖擊、耐振動等嚴酷環(huán)境條件；</p><p>　　3、收發(fā)兼用，使用方便。</p><p>　　3.3.3 傳感器的選用</p><p>　　超聲波傳感器千差萬別，即使對于相同種類的測定量也

61、可以采用不同工作原理的傳感器，因此要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。</p><p>　　本設(shè)計綜合考慮了測量條件、傳感器的性能和傳感器的使用條件三方面，選用MA40S2R接收器和MA40S2S發(fā)送器。傳感器的標稱頻率為40KHz，這是壓電元件的中心頻率，實際上發(fā)送超聲波是串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的中心頻率，而接收時各自使用并聯(lián)諧振頻率。超聲波傳感器的符號及等效電路如圖3-3：</p><p>　　

62、圖3-3 傳感器符號及等效電路圖</p><p>　　超聲波傳感器的帶寬較窄，大部分在標稱頻率附近使用，為此，要采用措施擴展頻帶，比如，接入電感等。另外，發(fā)送超聲波時輸入功率要大，溫度變化使諧振頻率偏移是不可避免的，為此，對于壓電陶瓷元件非常重要的是要進行頻率調(diào)整與阻抗匹配。</p><p>　　圖3-4為MA40S2R/S傳感器的頻率特性，由圖知，發(fā)送與接收的靈敏度都是以標稱頻率為中心逐

63、漸降低，為此，發(fā)生超聲波時要充分考慮到這一點以免溢出標稱頻率。</p><p>　　圖3-4 傳感器頻率特性</p><p>　　圖3-5為MA40S2R/S傳感器的方向性特性，傳感器在較寬范圍內(nèi)具有較高的檢測靈敏度，因此，適用于物體檢測與防范報警裝置等。</p><p>　　圖3-5 傳感器方向性特性</p><p>　　圖3-6表示傳感器

64、的溫度隨頻率的變化特性，對于這種傳感器，溫度越高，中心頻率越低，為此，在寬范圍環(huán)境下使用時，不僅在外部進行溫度補償，在傳感器內(nèi)部也要進行溫度補償。</p><p>　　圖3-6 溫度頻率特性曲線圖</p><p>　　圖3-7表示阻抗隨頻率變化的特性。</p><p>　　圖3-7 阻抗頻率特性曲線圖</p><p>　　經(jīng)分析可知，頻率為4

65、0KHz左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，同時，為了方便處理，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成40KHz左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖信號。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用AT89S51單片機作為主控制器，用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動信號用單片機的定時器和計數(shù)器來完成，超聲波測距器的系統(tǒng)原理如圖3-8所示。</p><p&

66、gt;　　AT89S51通過外部引腳輸出一個脈沖群，以推挽形式加到變壓器的初級，經(jīng)升級變換推動超聲波換能器發(fā)射出去。在發(fā)射的同時，輸出一個高電平啟動，進行充電。發(fā)射結(jié)束時高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，并開始對分壓器放電并輸出到比較器的負端。超聲波接收換能器將接收到的障礙物反射的超聲波送到放大器進行放大，這是一個高增益、低噪聲放大器，在對放大后的信號進行檢波后將檢測回波送到比較器的正輸入端。發(fā)射時輸出的高電平可以抑制比較器的翻轉(zhuǎn)，這樣就可以抑制發(fā)射

67、器發(fā)射的超聲波直接輻射到接收器而導(dǎo)致錯誤檢測。超聲波測距可測出回波和發(fā)射脈沖之間的時間間隔，利用S=Ct/2就可以算出距離，再從LED上顯示。我們還可以設(shè)置若干個鍵，用來控制電路的工作狀態(tài)。限制的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度，反射面的質(zhì)地，反射面和入射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能力將決定最小的可測距離。</p><p>　　圖3-8 理想狀態(tài)下超聲波測距原理<

68、;/p><p>　　3.5 測距顯示電路的設(shè)計</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示管有兩種，一種是共陽極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由八個陽極相連接的發(fā)光二極管組成；另一種是共陰極數(shù)碼管，其內(nèi)部是由四個陽極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。其外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 LED的管腳和電路原理</p><p>

69、　　共陰極LED數(shù)碼顯示塊的發(fā)光二極管陰極連接在一起，形成該模塊的公共端（通常稱為位選端），因此稱為共陰極LED數(shù)碼顯示器，8個數(shù)碼管的另一端通常稱為段選端，當顯示器的公共端接低電平，某個發(fā)光二極管的陽極接高電平時，該發(fā)光二極管被點亮；而共陽極LED數(shù)碼顯示管是將二極管的陽極連接在一起，形成共陽極LED數(shù)碼顯示塊的公共端，該公共端必須接高電平，同理在共陽極LED數(shù)碼顯示塊中如某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，該發(fā)光二極管被點亮。</

70、p><p>　　用單片機驅(qū)動LED數(shù)碼管分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。</p><p>　　靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機只要把顯示的字型代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯

71、示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的數(shù)據(jù)。</p><p>　　另一種方法是動態(tài)掃描顯示。由于單片機本生具有較強的邏輯控制能力，所以采用動態(tài)掃描軟件譯碼并不復(fù)雜。而且軟件譯碼其譯碼邏輯可隨意編程設(shè)定，不受硬件譯碼邏輯限制。采用動態(tài)掃描軟件譯碼地方式能大大簡化電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。它用分時的方法輪流控制各個顯示器的COM端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間極為短暫，但由

72、于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　靜態(tài)顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的電路硬件較少；動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。</p><p>　　本設(shè)計的顯示電路采用四個共陽LED四位數(shù)碼管，位碼用P

73、NP三極管驅(qū)動。如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 測距顯示電路</p><p>　　3.6 超聲波發(fā)射電路的設(shè)計</p><p>　　發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成，單片機P1.0端口輸出40KHz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電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波

74、換能器兩端可以提高發(fā)射強度。如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 超聲波發(fā)射電路</p><p>　　3.7 超聲波接收電路的設(shè)計</p><p>　　超聲波接收電路主要CX20106A和超聲波換能器構(gòu)成，CX20106A是一款紅外的專用芯片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距的超聲波頻率40KHz較為接近，故利用它制作超聲波檢測接收電路，如

75、圖3.12所示。</p><p>　　3.8 探測電路的設(shè)計</p><p>　　物體探測電路可以用光電傳感器來制作。但光電傳感器不能探測透明的物體。紅外線傳感器在探測物體時需要有像人和動物那樣與周圍有一定的溫度差這個條件。超聲波傳感器則不受這些條件的限制，對于透明的或其它物體都可以探測。超聲波傳感器探測物體有直接探測方式與發(fā)射探測方式。</p><p>　　直接探

76、測方式的接收/發(fā)射器要相互配置。如果接收超聲波（有信號電壓）時，說明接收/發(fā)射器中間沒有被測物體。反之，接收不到超聲波（無電壓信號）時，則中間有被測物體。發(fā)射探測方式的接收/發(fā)射器可以較近配置，有發(fā)射波時，說明存在被測物體。發(fā)射探測方式的接收/發(fā)射器有單獨使用與公用兩種方式，公用方式就是一個超聲波傳感即用作接收器，也用作發(fā)送器，但需要收發(fā)切換電路。具體區(qū)別如表3-3所示。</p><p>　　圖3-12 超聲波接

77、收電路</p><p>　　表3-3 傳感器探測物體地區(qū)別</p><p>　　3.9 系統(tǒng)軟件的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計就是以AT89S51單片機為核心。它采用模塊化設(shè)計，由主程序、發(fā)射子程序、接收子程序、定時子程序、顯示子程序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當按下測量鍵時，主程序開始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，并把測量結(jié)果

78、用顯示子程序在數(shù)碼管上顯示出來。雖然用一個單獨計時器電路也可以測量超聲波的傳輸時間，但利用AT89S51單片機可以簡化設(shè)計，便于操作和直觀讀數(shù)。</p><p>　　為了增強系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)在軟硬件上采用一些特殊措施。主程序框圖如下圖3-13。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b>

79、</p><p>　　圖3-13 主程序框圖</p><p>　　超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送2個左右的超聲波信號頻率約40KHz的方波，脈沖寬度為12us左右，同時把計數(shù)器T0打開進行時。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入該中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志字賦值1

80、。如果當計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。</p><p>　　定時中斷服務(wù)子程序完成三方向超聲波的輪流發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時間值的讀取、距離計算、結(jié)果的輸出等工作。如圖3-14和3-15。</p><p><b>　　N</b></p><p>

81、<b>　　Y</b></p><p>　　圖3-14定時中斷服務(wù)子程序</p><p>　　圖3-15外部中斷服務(wù)子程序</p><p><b>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　4.1 軟硬件的調(diào)試</p><p>　　超聲波測距儀的制作和調(diào)試，其中超聲

82、波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1(T發(fā)射)和TCT40-10S1(R接收)，中心頻率為40KHz，安裝時應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4-8cm，其余元件五特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C4的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序

83、編譯好下載到單片機試運行。根據(jù)實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間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。根據(jù)所設(shè)計的電路參數(shù)和程序，測距儀能測的范圍為1-60cm，測距儀最大誤差不超過1cm。系統(tǒng)調(diào)試完成后應(yīng)對測量誤差和重復(fù)一致性進行多次實驗分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)使其達到實際使用的測量要求。</p><p>　　4.2 儀器精度分析及如何提高超生測距精度</p><p>

84、;　　本章將要分析溫度對超聲波聲速的影響，超聲波回波檢測對超聲波傳播時間的影響，超聲波傳感器所加脈沖電壓對測試精度的影響。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了超聲波數(shù)字測距儀。實驗表明，注意以上三方面的因素能夠提高超生測距精度。</p><p>　　超聲波測距由于其在使用中不受光照度、電磁場、色彩等因素的影響，加之結(jié)構(gòu)簡單成本低，在機器人壁障和定位、汽車倒車、水庫液位測量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。從原理上講，超生測距有脈沖回波法、

85、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測距常用，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收發(fā)射脈沖，測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間ts，在已知超聲波聲速Cs的前提下，可計算被測物的距離S，即：S=CT/2。</p><p>　　由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波發(fā)射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素使超聲波測距的精度和范圍受到影響。本章從引起

86、超聲波測距誤差的原因入手，分析了溫度對超聲波聲速的影響；回波檢測對時間測量的影響和超聲傳感器所加電壓對測量精度和范圍的影響。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出了以AT89S51單片機為核心，采用40KHz壓電超聲傳感器，應(yīng)用廣泛的超聲測距儀。空氣中傳播的超聲波是由機械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成分的影響。例如：20 度時，T=

87、293.15，CS=344.2m/s；40度時，T=313.15，CS=355.8m/s；-20度時，T=253.15，CS=319.9m/s；從上面的計算可以看出，溫度對超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響。當需要精度確定超聲波傳播速度時，必須考慮溫度的影響。超聲波從超聲傳感器發(fā)出，在空氣中傳播，遇到被測物反射后，再傳回超聲傳感器。整個過程，超聲波會有很大的衰減。其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。</p><p>　　設(shè)在距

88、離超聲接收器x處有被測物，超聲波頻率越高，其衰減越快。同時超聲波頻率的過高會產(chǎn)生較多的副瓣，引起近場區(qū)的干涉。但是，超聲波頻率越高，指向性越強，這一點有利于距離測量。由于超聲回波隨距離的增加而變得十分微弱，所以在設(shè)計超聲接收電路時，要設(shè)計較大放大倍數(shù)（萬倍級）和較好濾波特性的放大電路，使回波易于檢測。</p><p>　　制造超聲波傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲測距常用壓電材料傳感器，例如TR4

89、0壓電超聲傳感器。超聲傳感器外加脈沖電壓的幅度會影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當壓電材料不受外力時，其應(yīng)變S與外加電場強度E的關(guān)系為：S=d·E，其中d為應(yīng)變電場常數(shù)。超聲傳感器外加的脈沖電壓影響壓電材料的電場強度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進而影響超聲波的幅值。這些會直接影響超聲波的回波幅值。所以，為提高壓電轉(zhuǎn)換效率，提高超聲測距精度和范圍，應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。系統(tǒng)設(shè)計針對溫度、回波和所加脈沖電壓對超聲測距精

90、度的影響，在設(shè)計超聲測距儀時，從硬件和軟件兩方面綜合考慮，設(shè)置了發(fā)射、接收和顯示幾部分構(gòu)成了超聲測距儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個裝置的中心控制和信號處理單元為單片機AT89S51，超聲傳感器采用TR40(40KHz）收發(fā)超聲傳感器。</p><p>　　發(fā)射電路由脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射電路組成。脈沖產(chǎn)生電路的主要任務(wù)是產(chǎn)生40KHz脈沖電壓。它由與非門和電阻電容構(gòu)成振蕩電路，由單片機P1.1口控制是否工作。發(fā)射電路主要任務(wù)是提

91、高脈沖電壓的幅值，它主要由脈沖變壓器和開關(guān)管構(gòu)成。脈沖產(chǎn)生電路的輸出電壓經(jīng)脈沖變壓器升壓后輸出到超聲傳感器。其中，脈沖變壓器對脈沖電壓變換值的大小直接影響測距范圍，應(yīng)盡量提供脈沖變壓器副邊電壓幅值。</p><p>　　接收電路的主要任務(wù)是檢測回波，并向單片機發(fā)出中斷以停止及時。接收電路設(shè)計的好壞直接影響超聲波在空氣中傳播時間的測量。接收部分電路由檢波回路、濾波放大電路和整體電路組成。檢波電路拾取回波中的正半波，

92、以便后級電路放大；整形電路把回波信號整理為單片機系統(tǒng)能夠接收的信號并向單片機申請中斷以停止計時。接收電路的主體是濾波放大電路。</p><p>　　由于超聲回波信號十分微弱并含有噪聲，S/N較小，所以接收電路設(shè)置了兩級高Q值的濾波放大電路。濾波放大電路采用二階帶通濾波放大器，一級和二級放大電路采用相同的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。</p><p>　　軟件設(shè)計：超聲測距儀軟件控制著系統(tǒng)的工作。軟件修正利用

93、下面公式：S=CT/2</p><p>　　在完成系統(tǒng)設(shè)計和制作裝置后，對設(shè)計的電路進行了超聲測距實驗。發(fā)射的脈沖數(shù)應(yīng)選擇合適，脈沖個數(shù)多時，發(fā)射換能器可以克服其振動慣量而獲得充分的振動，其它聲波模式影響較小，發(fā)射的超聲脈沖能量大；但此時測距的盲區(qū)也大（測距盲區(qū)指的是可以測量的最小距離），一般選擇由8個脈沖組成。電路在6米處的測量結(jié)果，幅值較小，測量過程中曾出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，功率管發(fā)熱嚴重，這說明功率消耗比較大?？梢?/p>

94、看出，本電路的測量距離明顯提高，而且管子基本沒有發(fā)熱現(xiàn)象，電源保持穩(wěn)定。可見，本電路的設(shè)計由于經(jīng)過嚴格的推導(dǎo)，器件選擇合理，各參數(shù)得到優(yōu)化，改善了換能器與功放間的阻抗匹配。</p><p>　　轉(zhuǎn)換效率得到明顯提高。電路控制方便，性能表現(xiàn)良好，在距離9.5m處仍能得到較清晰的回波，使大范圍的超聲測距成為可能。使用脈沖回波法測量距離，在考慮溫度對聲速的影響、回波檢測對超聲傳播時間的影響以及超聲傳感器所加電壓對壓電轉(zhuǎn)

95、換效率的影響時，超聲測距精度可以提高。所以在制作超聲傳感器所加電壓對壓電轉(zhuǎn)換效率的影響時，超聲測距精度可以提高。所以在制作超聲測距裝置時，應(yīng)增加溫度測量環(huán)節(jié)，設(shè)計高放大倍數(shù)和高Q值的濾波放大電路，并提高加在超聲傳感器上的電壓幅值。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)采用了美國ATMEL公司生產(chǎn)的單片機AT89S51芯片。以及其它常

96、用芯片如：74LS04、CX20106A等來設(shè)計超聲波的接發(fā)收電路，實現(xiàn)了超聲波從發(fā)射到接收的傳送時間，從而得到待測距離。系統(tǒng)設(shè)計具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量誤差小。</p><p>　　在經(jīng)多次的實踐中超聲波測得的距離還不是很長，還應(yīng)該在這方面大大研究改進，使其功能更加完善并在各個地方中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　由于時間和其它客觀上的原因，此次設(shè)計沒有成功做出實物。但是對

97、設(shè)計有一個很好的理論基礎(chǔ)。設(shè)計的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(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。</p><p>　　超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計算出傳播距離。實用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高計；一種是發(fā)射波被物體反射回來后接收的反射波方式，適用于測距儀

98、。</p><p>　　超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(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部分。單片機采用AT89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用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口來檢測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的4個七段共陽數(shù)碼管組成動態(tài)掃描電路。</p>

99、<p>　　超聲波發(fā)射電路主要由反相器4069和超聲波發(fā)射換能器FSQ構(gòu)成，單片機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，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振

100、蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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，使用時應(yīng)分清器件上的標志。</p><p>　　超聲波檢測接收電路主要是由集成電路CX20106A組成，它是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙

101、控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容Cs的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試不會太難。一般只要電路焊接無誤，稍加調(diào)

102、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。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計能夠成功的完成，要特別感謝焦文良老師的教導(dǎo)，我從他身上學(xué)到了很多東西，他認真的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。在此我還要感謝在設(shè)計過程中所有給予我真

103、誠熱情幫助的老師和同學(xué)，才使我能順利完成設(shè)計。</p><p>　　最后，也要感謝各位老師能抽出時間來對我的設(shè)計進行評論，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 賈伯年.傳感器技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社，2000</p><p>　　2 趙晶.Protel99高級應(yīng)用.北京：人民郵電

104、出版社，2000</p><p>　　3 周學(xué)毛.匯編語言程序設(shè)計.北京：高等教育出版社，1997</p><p>　　4 李葉紫.MCS-51單片機應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2002</p><p>　　5 馬西秦.自動檢測技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　6 樓然苗.51系列單片機設(shè)計實例.北京：北京航空航天

105、大學(xué)出版社，1999</p><p>　　7 羅萬鈞.匯編語言程序設(shè)計.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1995</p><p>　　8 劉守亦.單片機應(yīng)用技術(shù).陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1995</p><p>　　9 肖玲尼.Protel99印刷電路.北京：清華大學(xué)出版社，2003</p><p>　　10 梁立編.程序設(shè)計基礎(chǔ)與C語言

106、.陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1998</p><p><b>　　附錄1</b></p><p>　　Ultrasonic distance meter</p><p>　　Abstract: An ultrasonic distance meter cancels out the effects of temperature and hu

107、n variations by including a measuring unit and a reference unit,In each of the units,a repetitive series of pulses is generated,each having a repetition rate directly related to the respective distance between an electro

108、acoustic transmitter and an electroacoustic.</p><p>　　Modern manufacturing is an important pillar of the national economy and overall national strength and its GDP accounted for a general national GDP 20%~55

109、%. In the composition of a country's business productivity, manufacturing technology around 60% of the general role. Experts believe that the various countries in the world economic competition, mainly manufacturing