超聲波測(cè)距畢業(yè)論文1

1、<p>　　第一章 研究課題的意義</p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在人類(lèi)文明的歷次產(chǎn)業(yè)革命中，傳感技術(shù)一直扮演著先行官的重要角色，它是貫穿各個(gè)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，在人們可以想象的所有領(lǐng)域中，它幾乎無(wú)所不在。傳感器是世界各國(guó)發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，在各國(guó)有關(guān)

2、研究、生產(chǎn)、應(yīng)用部門(mén)的共同努力下，傳感器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和進(jìn)步。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，利用超聲波測(cè)量距離可以解決很多問(wèn)題，如工業(yè)上的工業(yè)控制，勘探測(cè)量，機(jī)械人定位和安全防范等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 但人們可以具體利用的傳感技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波傳感器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(mǎn)足日益發(fā)展的社會(huì)

3、需求?，F(xiàn)在的汽車(chē)泊車(chē)測(cè)距系統(tǒng)中一般也都使用超聲波測(cè)距。而在國(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)用集成電路的成本較高、功能單一。所以，成本較低的傳感器就更為了眾商家積極研究和開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。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,并且成本低、精度高、操</p><p>　　1.2 課題設(shè)計(jì)目標(biāo)</p><p>　　超聲波作為測(cè)距，已

4、經(jīng)在很多領(lǐng)域起著非常重要的作用，而且也在不知不覺(jué)之中影響我們的生活。隨著科技的迅猛發(fā)展越愛(ài)越多科技成果被廣泛的運(yùn)用到人們的日常生活當(dāng)中，給我們的生活帶來(lái)了諸多方便。這一設(shè)計(jì)就是本著這個(gè)宗旨出發(fā)，利用超聲波的特性來(lái)為我們服務(wù)。由于超聲波的指向性強(qiáng)，因而常用于距離的測(cè)量。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)使用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人，汽車(chē)安全，海洋測(cè)量等上得到了廣泛的應(yīng)用。</p

5、><p>　　因此利用超聲波測(cè)距，能在人們?nèi)粘：涂茖W(xué)研究中，測(cè)量到不容易被測(cè)量的距離，比如液體，礦井深度，彎道長(zhǎng)度等等，減少了測(cè)量成本和測(cè)量危險(xiǎn)。</p><p><b>　　超聲波測(cè)距原理</b></p><p>　　2.1 超聲波傳感器的分類(lèi)</p><p>　　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

6、?？傮w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。</p><p>　　2.2壓電式超聲波發(fā)生器的介紹</p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶

7、體的諧振來(lái)工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用收發(fā)一體開(kāi)放型壓電式超聲波發(fā)生器它具有高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性

8、耐高、低溫度、耐濕度、耐沖擊、振動(dòng)等嚴(yán)酷環(huán)境條件下工作的特點(diǎn)。</p><p>　　2.3 超聲波測(cè)距的方式</p><p>　　用超聲波測(cè)距大致有兩種方法：</p><p>　?、?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)得距離；但在使用這種方法時(shí)由于換能器之間的直接耦合信號(hào)很難消除，在放大器增益較高時(shí)這一直接耦合信號(hào)就可使

9、放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效</p><p>　?、?測(cè)量輸出脈沖的寬度即反射時(shí)間法，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔 t，然后求出距離S＝Ct／2，式中的C為超聲波波速。本測(cè)量電路采用第二種方案。單片機(jī)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t，從而得到距離。反射時(shí)間法如下圖所示：</p><p><b>　　圖2：反射法示

10、意圖</b></p><p>　　S=(T1-T2)*C/2</p><p>　　式中,C為超聲波在空氣中傳播的速度。其與環(huán)境溫度的關(guān)系式為：</p><p>　　C=331.4+0.61xT（參考張謙林.超聲波檢測(cè)原理和方法.）</p><p>　　由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)，表1。列出了幾種不同溫度下的波速。&

11、lt;/p><p><b>　　表1</b></p><p>　　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，本設(shè)計(jì)視之為溫度不變，速度為340m/s(15。C)。系統(tǒng)單片機(jī)使用24.0M晶振，所以此系

12、統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。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。</p><p>　　單片機(jī)(AT89C2051)發(fā)出短暫的40kHz方波信號(hào)，經(jīng)放大后通過(guò)超聲波換能器輸出；反

13、射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，產(chǎn)生的信號(hào)啟動(dòng)單片機(jī)INT0中斷程序，由T1計(jì)算時(shí)間t，再由系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、判別后，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果被送至LED顯示電路進(jìn)行顯示，若32ms沒(méi)得到回波則視為安全，測(cè)得的距離小于設(shè)定的0.5m系統(tǒng)將提示聲音報(bào)警電路報(bào)警。AT89C2051引腳P3.4輸出脈沖寬度為25／us、載波為40kHz的超聲波脈沖1ms，加到射隨器的基級(jí)，經(jīng)功率放大推動(dòng)超聲波發(fā)射器發(fā)射出去。超聲波接收器將接收到的反射超聲

14、波送到放大器進(jìn)行放大，經(jīng)處理后輸出低電平，送到AT89C2051的引腳P3.2。 測(cè)距原理框圖如圖3所示：</p><p><b>　　圖3：測(cè)距原理框圖</b></p><p>　　第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要芯片介紹</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2 AT89C51的介紹</

15、p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8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-5

16、1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。外形及引腳排列如圖所示</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　·</b>

17、;</p><p>　　與MCS-51 兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 </p><p>　　·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)</p><p>　　·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz</p><p&g

18、t;　　·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p>　　·128×8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線(xiàn)</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　·5個(gè)中斷源 </b></p><p>&l

19、t;b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p><p><b>　　管腳說(shuō)明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p>

20、<p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　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)P1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)/地址的第八位。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外部必須被拉高。</p>&l

21、t;p>　　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口作為第八位地址接收。 </p><p>　　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)，

22、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“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳

23、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”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p><b>　　口管腳 備選功能</b></p><p&

24、gt;　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）&l

25、t;/p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　ALE/

26、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

27、。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。</p><p>　　/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)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則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)，/E

28、A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）。</p><p>　　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。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性:</b></p>&

29、lt;p>　　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，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　第4章 硬件部分設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲波采用AT89C51或AT

30、89S51單片機(jī),晶振:12M,單片機(jī)用P1.0口輸出超聲波換能器所需的40K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)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,斷碼用74LS244,位碼用8550驅(qū)動(dòng). 主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。采用AT89S51來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過(guò)P1.0引腳經(jīng)反相器來(lái)控制超聲波的發(fā)送

31、，然后單片機(jī)不停的檢測(cè)INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。</p><p>　　4.1 單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路   單片機(jī)采用89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的40KHz方波信號(hào)，利用

32、外中斷0口檢測(cè)超聲波接受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三極管驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路如下圖所示.</p><p>　　4.2 40KHZ超聲波發(fā)射電路</p><p>　　40kHz方波信號(hào)的輸出由單片機(jī)(AT89C2051)p3.4控制,電路中晶體管VT1、VT2組成強(qiáng)反饋穩(wěn)頻振蕩器，振蕩頻率等于超聲波換能器T40

33、-16的共振頻率。T40-16是反饋耦合元件，對(duì)于電路來(lái)說(shuō)又是輸出換能器。T40-16兩端的振蕩波形近似于方波，電壓振幅接近電源電壓。電路工作電壓9V，工作電流約25mA。 </p><p>　　圖4：40kHZ信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　4.3超聲波發(fā)射電路原理圖 </p><p>　　4.4超聲波接收電路</p><p>

34、　　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40kΩ。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R1或減小C1,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C1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)，推薦選用參

35、數(shù)為R1=4.7Ω，C1=1μF。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3.3μf。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=200kΩ時(shí)，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。6腳： 該腳與地之間接一

36、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(kāi)路輸出方式，因此該</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　超聲波測(cè)距的軟件設(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

37、的程序既有復(fù)雜的計(jì)算，又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間，所以控制程序可采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程。</p><p>　　5.1 主程序流程圖</p><p><b>　　主程序見(jiàn)附錄。</b></p><p>　　軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序。主程序完成初始化工作，各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。</p><p>　

38、　主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16為定時(shí)計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷容許位EA并給顯示端口P0和P2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，為了避免超聲波從發(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后，才打開(kāi)外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。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1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)按下述公式計(jì)算，即可得到被測(cè)物體與測(cè)距器之間

39、的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20度時(shí)的聲波為344m/s</p><p><b>　　則有:</b></p><p>　　S=(c*t)/2=172T0/10000cm</p><p>　　其中T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)數(shù)值。</p><p>　　測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。為了有利

40、于程序結(jié)構(gòu)化合容易計(jì)算出距離，主程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。</p><p>　　主程序流程圖如下圖所示：</p><p>　　5.2 超聲波發(fā)生子程序和接收子程序 </p><p>　?。?）超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò)P1.0端口發(fā)送2個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約40KHZ的方波，脈沖寬度為12us左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)進(jìn)行計(jì)時(shí)。</p><p>

41、;　?。?）超聲波測(cè)距器主程序利用外中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)，立即進(jìn)入中斷系統(tǒng)。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。</p><p>　　（3）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)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序流程圖，如下圖所示：</p><

42、p><b>　　第六章 調(diào)試</b></p><p>　　6.1調(diào)整發(fā)射接收電路     把IC1從插座上拔下，并短接IC1插座的1和3腳，這時(shí)IC2的4腳應(yīng)為高電平，并會(huì)持續(xù)發(fā)出高頻載波信號(hào)，頻率約為40KHz，此時(shí)可用示波器監(jiān)測(cè)IC4的1腳信號(hào)。讓超聲波探頭朝向一面墻，使發(fā)出的超聲波返回而被接受器檢測(cè)到，同時(shí)用示波器檢測(cè)IC4的1腳信號(hào)，

43、慢慢調(diào)節(jié)VR1，使IC4的1腳輸出信號(hào)最大。 斷開(kāi)IC1插座的1和3腳短接線(xiàn)并插上IC1，此時(shí)再用示波器監(jiān)視IC4的1腳信號(hào)，應(yīng)能看到超聲波脈沖串。</p><p>　　6.2 調(diào)整誤檢測(cè)電路    通常該部分電路不需要調(diào)整，但如果發(fā)現(xiàn)測(cè)量幾米外的物體，電路始終顯示為0.40，這表明該儀器受到自身發(fā)出的檢測(cè)脈沖干擾。這時(shí)我們需檢查或稍許增多C11的容量，說(shuō)明第1條線(xiàn)測(cè)得于

44、IC6的第1腳，第2條線(xiàn)測(cè)得于IC5的3腳，第3條線(xiàn)測(cè)得于IC4的1腳，第4條線(xiàn)測(cè)得于IC6的10腳。 </p><p>　　6.3 調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)電路脈沖頻率     讓電路板垂直于墻面1m處，調(diào)節(jié)VR3在中間位置，再調(diào)節(jié)VR2使顯示1.00，但在環(huán)境溫度改變時(shí)，一般需再次調(diào)節(jié)VR2，校準(zhǔn)測(cè)距儀。</p><p>　　6.4 關(guān)于短距離

45、的測(cè)量     當(dāng)我們將測(cè)距儀逐漸靠近被測(cè)物體，最終讀數(shù)顯示在25cm左右。因?yàn)檫@個(gè)電路C11取值為0.1uF，由于防誤檢測(cè)電路的保護(hù)作用，所以最小測(cè)試距離限制為25cm左右，如要進(jìn)一步縮短測(cè)試距離，由前面分析可知，我們必須讓發(fā)出的測(cè)試脈沖寬度更窄，同時(shí)減小防誤檢測(cè)電路C11的容量。但由于超聲波發(fā)射器的輸出功率有限，如果縮短測(cè)試脈沖時(shí)間，意味著減小了測(cè)試脈沖的輸出功率，在測(cè)試距離增加時(shí)，會(huì)使反射

46、回來(lái)的信號(hào)很弱，造成儀器在長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)受到影響。6.5 關(guān)于長(zhǎng)距離測(cè)量 長(zhǎng)距離測(cè)量由于各種因素的影響會(huì)困難一些。有幾點(diǎn)測(cè)量時(shí)我們必須注意：1）被測(cè)目標(biāo)必須垂直于超聲波測(cè)距儀。2）被測(cè)目標(biāo)表面必須平坦。3）測(cè)量時(shí)在超聲波測(cè)距儀周?chē)鷽](méi)有其他可反射超聲波的物體。由于發(fā)射功率有限，測(cè)距儀無(wú)法測(cè)量3m外的物體。</p><p>　　結(jié)論（Conclusion）</p><p>　　

47、本系統(tǒng)是基于A(yíng)T89C51單片機(jī)微控制器和壓電式超聲波發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的資料查閱、實(shí)踐和分析。終于完成了論文的撰寫(xiě)，基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的超聲波汽車(chē)倒車(chē)測(cè)距儀具有多功能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。與同類(lèi)產(chǎn)品相比具有系統(tǒng)穩(wěn)定，方便快捷的優(yōu)勢(shì)。但本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上還存在一些不足與缺陷。容易受環(huán)境溫度、濕度的影響，防振能力比較差，導(dǎo)致超聲波傳感器的測(cè)量數(shù)值與實(shí)際值有一定的偏

48、差。在下一階段的研究中，將會(huì)進(jìn)一步改善。</p><p>　　致謝（Thanks）</p><p>　　這篇論文是在指導(dǎo)老師孫老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我，是我學(xué)習(xí)、工作的榜樣。他在技術(shù)和故障問(wèn)題的解決思路給予我無(wú)盡的啟迪。此謹(jǐn)向?qū)O老師和幫助我完成論文的朋友和同學(xué)以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。</p>

49、<p>　　最后向本論文的評(píng)審委員會(huì)的老師和專(zhuān)家們致謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李鴻.單片機(jī)原理機(jī)應(yīng)用.湖南大學(xué)出版社.　2005</p><p>　　[2] 孫串友、孫曉斌. 感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 電子工業(yè)出版社. 2001</p><p>　　[3] 何

50、希才. 傳感器及其應(yīng)用電路[M]. 電子工業(yè)出版社. 2001</p><p>　　[4] 劉喜昂、周志宇. 基于多超聲傳感器的機(jī)器人安全避障技術(shù)[J]. 測(cè)控技術(shù). 2003</p><p>　　[5] 方崇智、蕭德云. 過(guò)程辨識(shí)[M]. 清華大學(xué)出版社.1988</p><p><b>　　附錄：系統(tǒng)總體程序</b></p>

51、<p>　　#include <STC12C5A6XS2.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p><b>　　//宏定義</b></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define u

52、int unsigned int</p><p>　　//波形脈沖定時(shí)器設(shè)定BT 30us</p><p>　　#define BT 0x0f1</p><p>　　//最大延時(shí)NX 2000*15us</p><p>　　#define NX 2000</p><p><b>　　//發(fā)射管腳</b

53、></p><p>　　sbit F=P1^0;</p><p><b>　　//LED燈管腳</b></p><p>　　sbit LG=P1^1;</p><p>　　sbit LY=P1^2;</p><p><b>　　//數(shù)碼管管腳</b></p>

54、<p>　　sbit W1=P0^0;</p><p>　　sbit W2=P0^5;</p><p>　　sbit W3=P0^7;</p><p>　　sbit W4=P0^6;</p><p><b>　　//蜂鳴器</b></p><p>　　sbit Feng=P1^6;&

55、lt;/p><p>　　//全局變量X發(fā)送脈沖數(shù) BZ反射脈沖數(shù)</p><p>　　uchar X=0,BZ=0;</p><p>　　//N為延時(shí)時(shí)間 temp讀取時(shí)間</p><p>　　uint N=0,temp=0,tempD=0;</p><p>　　//串口發(fā)送字符0-9</p><p&g

56、t;　　uchar Number[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};</p><p><b>　　//函數(shù)聲明</b></p><p>　　void Init();</p><p>　　void display(uint L);</p><p>　

57、　void delayD();</p><p>　　void delay();</p><p><b>　　//主函數(shù)</b></p><p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i=0;</p&g

58、t;<p><b>　　//初始化函數(shù)</b></p><p><b>　　Init();</b></p><p><b>　　//循環(huán)顯示</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　

59、{</b></p><p>　　//判斷是否超時(shí)或者到達(dá)中斷次數(shù)</p><p>　　if(N==NX||BZ==2)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//若果超時(shí)</b></p><p><b>　　if(N==NX

60、)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//初始化</b></p><p><b>　　BZ=0;</b></p><p><b>　　N=0;</b></p><p><b

61、>　　X=0;</b></p><p><b>　　//LED開(kāi)</b></p><p><b>　　LG=1;</b></p><p><b>　　LY=0;</b></p><p><b>　　//顯示</b></p>

62、<p>　　for(i=0;i<50;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(tempD);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&

63、lt;b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//開(kāi)啟中斷</b></p><p><b>　　EA = 0;</b></p><p><b>　　//初始化</b></p&g

64、t;<p><b>　　BZ=0;</b></p><p><b>　　N=0;</b></p><p><b>　　X=0;</b></p><p><b>　　//距離據(jù)算</b></p><p>　　//temp=(temp-100)*

65、2.8;//脈沖</p><p>　　//temp=temp+300;</p><p>　　temp=temp*3.4*0.85;//mm</p><p><b>　　//顯示</b></p><p>　　for(i=0;i<50;i++)</p><p><b>　　{</

66、b></p><p>　　display(temp);</p><p>　　tempD=temp;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//LED綠燈開(kāi)</b></p><p><b>　　LG=0;</b><

67、/p><p><b>　　LY=1;</b></p><p><b>　　//中斷開(kāi)</b></p><p><b>　　EA = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</

68、b></p><p><b>　　//延時(shí)</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　//打開(kāi)定時(shí)器0</b></p><p><b>　　TR0 = 1;</b></p><p&g

69、t;<b>　　//報(bào)警</b></p><p>　　if(tempD<250)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Feng=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

70、t;<b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Feng=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><

71、;p><b>　　}</b></p><p><b>　　//延時(shí)</b></p><p>　　void delay(void) //誤差 5ms</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar a,b,c;</p><p&

72、gt;　　for(c=244;c>0;c--)</p><p>　　for(b=8;b>0;b--)</p><p>　　for(a=152;a>0;a--);</p><p>　　_nop_(); //if Keil,require use intrins.h</p><p><b>　　}</b>

73、</p><p><b>　　//顯示函數(shù)</b></p><p>　　void display(uint L)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar number[10]={0xD7,0x11,0xCD,0x5D,0x1B,0x5E,0xDE,0x15,0xDF,

74、0x5F};</p><p><b>　　//位1</b></p><p>　　W1=0;W2=1;W3=1;W4=1;</p><p>　　P2=number[L/1000];</p><p><b>　　delayD();</b></p><p><b>　　P

75、2=0x00;</b></p><p><b>　　//位2</b></p><p>　　W1=1;W2=0;W3=1;W4=1;</p><p>　　P2=number[L/100%10];</p><p><b>　　delayD();</b></p><p>

76、;<b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　//位3</b></p><p>　　W1=1;W2=1;W3=0;W4=1;</p><p>　　P2=number[L/10%10]|0x20;</p><p><b>　　delayD();</b><

77、;/p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　//位4</b></p><p>　　W1=1;W2=1;W3=1;W4=0;</p><p>　　P2=number[L%10];</p><p><b>　　delayD();<

78、/b></p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//顯示延時(shí)</b></p><p>　　void delayD(void) //5ms</p><p><

79、b>　　{</b></p><p>　　uchar a,b,c;</p><p>　　for(c=1;c>0;c--)</p><p>　　for(b=38;b>0;b--)</p><p>　　for(a=130;a>0;a--);</p><p><b>　　}<

80、/b></p><p>　　//初始化 4800比特率 15us定時(shí)器 強(qiáng)推免 串口中斷</p><p>　　void Init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD = 0x21;</p><p>　　TH0 = 0x0FF;</p>

81、;<p><b>　　TL0 = BT;</b></p><p>　　SCON = 0x50;</p><p>　　TH1 = 0xF3;</p><p>　　TL1 = TH1;</p><p>　　PCON = 0x80;</p><p>　　IT0=1;//下降沿有效</

82、p><p><b>　　IE0=0;</b></p><p>　　EX0=1;//開(kāi)啟中斷</p><p><b>　　EA = 1;</b></p><p><b>　　ET0 = 1;</b></p><p><b>　　TR0 = 0;<

83、;/b></p><p><b>　　ES = 1;</b></p><p><b>　　TR1 = 1;</b></p><p><b>　　//P2強(qiáng)推免輸出</b></p><p>　　P2M0=0xff;</p><p>　　P2M1=0x

84、00;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//定時(shí)器0函數(shù)</b></p><p>　　//15us定時(shí) 產(chǎn)生30us周期脈沖</p><p>　　void Timer0Interrupt(void) interrupt 1</p><p>

85、<b>　　{</b></p><p><b>　　//初始化</b></p><p>　　TH0 = 0x0FF;</p><p><b>　　TL0 = BT;</b></p><p>　　//判斷是否發(fā)送X/2個(gè)脈沖</p><p><b&g

86、t;　　if(X<16)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//脈沖取反</b></p><p><b>　　F=~F;</b></p><p><b>　　//記錄脈沖數(shù)</b></p&g

87、t;<p><b>　　X++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//達(dá)到脈沖數(shù)后脈沖停止</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><

88、;p><b>　　//脈沖置低</b></p><p><b>　　F=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//判斷時(shí)間N是否超時(shí) 或者收到兩次脈沖</p><p>　　if(N==NX||BZ==2)</p><

89、p><b>　　{</b></p><p><b>　　//關(guān)閉定時(shí)器0</b></p><p><b>　　TR0 = 0;</b></p><p>　　//如果不超時(shí)讀取時(shí)間參數(shù)</p><p><b>　　if(N!=NX)</b></p

90、><p><b>　　temp=N;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//記錄脈沖數(shù)</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b

91、></p><p><b>　　N++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//外部中斷0 </b></p><p><b>　　//

92、記錄兩個(gè)脈沖 </b></p><p>　　//第一個(gè)脈沖為直射脈沖 </p><p>　　//第二個(gè)脈沖為反射脈沖</p><p>　　void WBZD0(void) interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　BZ++;&