超聲波測距儀的畢業(yè)設計

1、<p>　　本科生畢業(yè)設計檔案材料</p><p>　　題 目： 超聲波測距器的設計 </p><p>　　學生姓名： 學號 </p><p>　　系 部： 通信與控制工程系 </p><p>　　專業(yè)年級： 電信08級2班

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計是以單片機技術為基礎，實現(xiàn)的對前方物體距離測量。利用超聲波指向性強,能量消耗

3、慢,在介質中傳播的距離遠的特點,利用了超生波傳感器對前方物體進行感應，經(jīng)過單片機中的程序對超聲波傳感器發(fā)射和接收的超聲波信號進行分析和計算處理，最后將處理結果在LED數(shù)碼管上顯示。AT89C52單片機的超聲波測距系統(tǒng),此系統(tǒng)根據(jù)超聲波在空氣中傳播反射原理, 把超聲波傳感器作為接口部件, 利用超聲波在空氣中傳播的時間差來測量距離,設計了一套超聲波檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)設計主要分為主控制器模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊和顯示模塊等四個基本模

4、塊構成，用接收部分接收超聲波。本設計利用兩個中斷，在發(fā)射信號時，打開定時器中斷0和外部中斷0使定時器計時，接收到發(fā)射超聲波信號時，外部中斷0關閉中斷，這時定時器中斷0計錄的時間就為超聲波傳播經(jīng)過測距儀到前方物體的來回時間。利用公式 S=T×V／2（V為超生波傳播速度，本設計設定值340m/s）,單片機把處理的距離值S并且通過八段LED顯示出來。</p><p><b>　　Abstract&l

5、t;/b></p><p>　　The design is based on microprocessor technology to achieve the right measurement of the front object distance. Due to strong directional ultrasonic, energy consumption slow, transmission d

6、istance is far in medium.use of ultrasound sensors on the front induction objects, SCM logic analysis and calculate through the procedures of ultrasonic sensors transmitting and receiving ultrasonic signals , Finally, af

7、ter processing the data is in the digital LED tube. Ultrasonic Ranging System Based on AT89</p><p>　　Keywords: single chip microcomputer ； ultrasound sensor ； LED ultrasonic telemeter </p><p&

8、gt;<b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論....................................................... 5</p><p>　　1.1選題背景及研究意義..................................... 5</p><p>　　1.2研究步驟

9、、方法......................................... 6</p><p>　　第二章 設計方案.....................................................8</p><p>　　2.1設計的目的和要求........................................8</p>&l

10、t;p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理..........................................9</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件電路的設計..........................................11</p><p>　　3.1 單片機簡介.............................................1

11、1</p><p>　　3.1.1單片機的發(fā)展與應用...................................11</p><p>　　3.1.2 AT89C52單片機的概述.................................12</p><p>　　3.2超聲波傳感器....................................

12、.......16</p><p>　　3.3 超聲波接收電路......................................17</p><p>　　3.4 超聲波接收電路........................................ 18 </p><

13、p>　　3.5 LED碼管.............................................. 19 </p><p>　　第四章 設計原理及工作說明..........................................21</p><p>　　4.1 計原理圖及分析......................................

14、.. 21</p><p>　　4.2 設計說明...............................................22</p><p>　　結束語............................................................ 23</p><p>　　附錄一 超聲波測距儀電路圖.........

15、................................24</p><p>　　附錄二 參考文獻...................................................25</p><p>　　附錄三 超聲波測距儀匯編程序.......................................27</p><p>&

16、lt;b>　　緒論</b></p><p>　　隨著科學技術越來越廣泛地使用,科技成果的迅速發(fā)展，給人民的日常生活，給我們的生活方便了許多。超聲波測距儀，是本著這個宗旨，利用超聲波功能為我們服務。 </p><p>　　人們可以聽到聲音的振動產(chǎn)生的原因是對象，在為20Hz - 20kHz的，超過20KHZ的范圍稱為超聲，低于20Hz的叫次聲的頻率。超聲波頻率用于千赫，幾十

17、兆赫不等。由于超聲波指向性，往往用于距離測量。利用超聲波檢測往往更快速，方便，計算簡單，易于做到實時控制和測量精度可以達到工業(yè)的實際要求標準了，因此在移動機器人，汽車安全，海洋測繪等得到廣泛應用范圍。這種設計提供了一系列數(shù)字顯示裝置，該裝置使用單獨的發(fā)送和接收超聲波傳感器和單片機。超聲波傳感器在發(fā)射和接收操作，利用空氣中的速度和聲波脈沖發(fā)射到接收反射脈沖來計算的距離之間的距離障礙超聲波的時間間隔。 </p><p&g

18、t;　　距離測量在各種場合的需要要求，檢測參數(shù)，數(shù)據(jù)采集來解決問題。雖然有多種方式，例如，激光測距，微波測距，紅外線和超聲波測距。但是，超聲波測距不失為一種簡單可行的方法。雖然超聲波測距電路的品種多樣，甚至有特殊的超聲波測距電路。然而，一些電路復雜，技術困難，有的調(diào)試變得非常困難，有些組件是不容易買到。該電路的設計，成本低廉，質量可靠，容易購買使用的組件，并在結合使用的距離測量原理與單處理芯片數(shù)據(jù)，以提高測量精度，電路實現(xiàn)簡單，穩(wěn)定可靠

19、。 </p><p>　　這種設計使在前面的障礙距離測量，被測物體距離的增加和減少，數(shù)碼管顯示不同的值。用超聲波檢測距離，設計更加方便，計算也比較簡單，在測量精度方面能達到我們的日常需要。超聲波用于倒車，建筑工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控位置測距儀也可以使用，例如的水平，深度，管長度測量的場合。</p><p>　　1.1選題背景及研究意義</p><p>　　指向性強超

20、聲波能量消耗緩慢，在介質中傳播較遠，因此經(jīng)常使用，如測距儀和液位測量超聲波測距等，可以通過超聲波實現(xiàn)。使用超聲波檢測往往更快速，方便，簡單的計算。智能超聲波測距儀具有廣泛的實際應用，超聲波測距儀廣泛應用于生活，軍事和其他領域，如建筑施工單位的距離測量;汽車倒車防撞系統(tǒng)，潛艇超聲波探頭定位系統(tǒng)。  這種設計是要求非接觸式測距，本人設計了一個項目的設計。該設計可廣泛用于生活、軍事等各個領域，該設計需要設計者有較好的數(shù)電、模

21、電知識，并且具有一定的編程能力，綜合運用以上知識實現(xiàn)對超聲波發(fā)射與接收信號進行控制，計算，處理最后在LED數(shù)碼管顯示。測量范圍：0.5m——12.0m,測量精度0.1m，不與被測物體直接接觸測量，可顯示清晰，穩(wěn)定的測量結果。  通過我在大學四年的努力學習，得到了能夠獲得的專業(yè)知識，已經(jīng)有電路原理，模擬電子技術，數(shù)字電子技術，專業(yè)知識和微控制器和接口技術，檢測與轉換，編程知識和能力一定程度上為了使用到的知識服務社會，運用

22、他們的知識，所以我選擇這個主題。</p><p>　　1.2研究步驟、方法</p><p>　　一.硬件電路的設計:</p><p>　　硬件電路的設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四部分。</p><p>　　1．超聲波傳感器的原理及應用：超聲波傳感器分為集成與獨立的發(fā)送和接收到兩種。本設計采用超聲波傳感器

23、發(fā)射接受分離式。</p><p>　　2．單片機的應用及語言：比較常用的單片機有INTEL公司的MCS-51系列單片機，有兩大系列MCS-51子系列和MCS-52子系列及ATMEL公司AT89C系列單片機，有4種型號：AT89C51、AT89C52、AT89C1051、AT90C2051。軟件的實現(xiàn)何以用C語言或匯編語言來實現(xiàn)。本設計考慮到功能和成本選取了AT89C52單片機做控制器。</p>&l

24、t;p>　　3.顯示器：液晶顯示我們可以使用北京精電蓬遠顯示技術有限公司的MDLS 16265B液晶LCD顯示器或者八段數(shù)碼管LED。本設計選用八段數(shù)碼管LED做顯示器件。</p><p>　　4. 超聲波測距的范圍和精度：由于實際需要和傳感器的性能限制，測距都要有一定的范圍和精度，所以在設計測距儀時應該考慮這兩方面的技術要求。本設計選取的傳感器要能達到要求的測量范圍和精度。</p><

25、;p><b>　　二.軟件的設計</b></p><p>　　超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序，子程序超聲發(fā)射，超聲波接收中斷程序和顯示子程序。我們知道，C語言程序有利于更復雜的算法，匯編語言編程效率高，精確計算運行時間，匯編語言程序設計簡單。這個設計采用的是匯編語言。</p><p>　　第二章 超聲波智能測距儀系統(tǒng)的設計方案</p><

26、;p>　　2．1超聲波智能測距儀系統(tǒng)設計的目的和要求</p><p>　　1、智能超聲波測距系統(tǒng)的目的是：這種設計的主題是智能超聲波測距儀的設計，我們可以看到設計目標是利用超聲波傳感器測量距離。隨著超聲波測量距離的超聲波發(fā)生器原理的超聲波發(fā)送信號，當超聲波反射回來后，經(jīng)歷了被測對象是超聲接收者接收時間是T。這是計算只要超聲波信號發(fā)送到接收器從返回信號所用的時間，可以計算出超聲波發(fā)生器和從物體反射。距離計算公

27、式：  d=s/2=(c×t)/2 （2.1） </p><p>　　其中，d為被測物與測距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波往返所用的時間。 </p><p>　　要設計出超聲波智能測距儀，首先要讓超聲波傳感器發(fā)射部分發(fā)射超聲波信號的時候讓定時器0計時；再要讓超聲波傳感器接受部

28、分接受超聲波信號的時候讓定器停止計時；最后要使計時的時間轉換為測量的距離，并且要達到一定的精度。在這個設計中在發(fā)射超聲波信號的同時打開了總中斷，用定時器0計時，接受超聲波信號的時，用外部中斷0關閉總中斷，這時定時器0中斷停止計時，定時器0中斷定時時間定為294US（超聲波傳播經(jīng)過0.1m 所需要的時間）來計數(shù)。這樣可以把測量的時間轉化為測量的距離值，又可以使測量達到所需要的精度。</p><p>　　在本設計里需

29、要使用用到的超聲波傳感器和AT89C52單片機、超生波發(fā)射和接收電路、LED數(shù)碼管、相關驅動電路將在后面介紹。</p><p>　　2、超聲波智能測距儀系統(tǒng)設計的要求：</p><p>　?。?）設計控制電路、技術實現(xiàn)方式使用單片機控制。</p><p>　?。?）采用超聲波測距方式實現(xiàn)。</p><p>　?。?）采用LED數(shù)碼管顯示結果。

30、</p><p>　　以上的設計目的、要求、功能實現(xiàn)、分析是超聲波智能測距儀設計的依據(jù)。 </p><p>　　2．2 超聲波智能測距儀系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　距離的超聲波測距方法的原理通常使用時間差。首先測量從發(fā)射超聲波遇到障礙后返回按時間，通過對超聲聲速的兩倍乘以聲源與障礙物之間的距離。聲波智能測距儀設計測量裝置利用超聲波傳感器，與單片機處理，最后通

31、過LED數(shù)碼管顯示測量值之間的距離。智能超聲波測距儀由四個部分組成，包括微控制器，超聲波傳感器和數(shù)字控制。</p><p>　　由上圖可以看出，硬件電路設計主要包括單片機系統(tǒng)，超聲波發(fā)射器和超聲波接收器，顯示電路四部分組成?；蛘哂肁T89C52單片機微控制器系列兼容系列代替。單片機對超聲波發(fā)射器進行控制，超聲波接受器把檢測的信號輸入到單片機中，然后通過內(nèi)部程序傳輸?shù)男盘栠M行分析，計算和處理，由LED數(shù)碼管顯示測量

32、距離的最終值。</p><p>　　超聲波測距儀的軟件設計主要由主程序、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。設計中單片機內(nèi)的程序開了定時器0中斷和外部中斷0，使定時器工作在方式2狀態(tài)，使THO=6DH ，TL0=6DH，每過294US（超聲波傳播0.1m 所需要的時間）中斷一次,到到對測量距離計數(shù),外部中斷0接受到超聲波回波時,外部中斷0產(chǎn)生中斷,使定時間0停止計時.</p>&l

33、t;p>　　定時器0定時初值的推導:</p><p>　　T=0.1%340=0.000294S=294US (2.2)</p><p>　　T為定時器設置的定時時間.</p><p>　　因為在晶振6MHZ時,機器周期為2US.超聲波傳播0.1M需要的機器周期數(shù)為&l

34、t;/p><p>　　N=294%2=147 (2.3)</p><p>　　由此可以知道,定時器0使用方式二的8位自動重裝計數(shù)器即可,T0的定時初值為</p><p>　　X=M-N=256-147=109D=6DH

35、 (2.4)</p><p>　　第三章超聲波智能測距儀系統(tǒng)硬件電路的設計</p><p><b>　　3.1 單片機簡介</b></p><p>　　單片機，亦稱單片微電腦 或單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。它是中央處理單元（CPU），隨機存

36、取存儲器（RAM或EPROM，EEPROM）中，只讀存儲器（ROM），定時器/計數(shù)器，輸入/輸出端口（I/ 0）和其他主要功能集成到在一個集成電路計算機芯片的微型計算機。目前，有一種微控制器A/ D和D/ A轉換器，高速輸入/輸出單元，DMA通道，浮點運算和其他特殊功能的新類型。</p><p>　　3.1.1單片機的發(fā)展與應用 1974年，美國仙童(Fairchild)公司研制的世界

37、上第一個單芯片微型計算機F8。本機有兩個集成電路芯片，結構奇特,具有與眾不同的指令系統(tǒng),深受民用電器和儀器儀表領域的歡迎和重視。自此，開始了單片機的發(fā)展也在不斷擴大?，F(xiàn)成為微型計算機，單片機開發(fā)過程中的重要分支，通常可以分為以下的發(fā)展過程劃分。 </p><p>　　1．第一代4位單片機(1974-1976)：這是單片機的初級階段。單片機在此期間生產(chǎn)的特點是集成制造工藝落后，雙片形式使用。典型的代表產(chǎn)品有Fair

38、child公司的F8和Mostek387公司的3870等</p><p>　　2．第二代低檔8位單片機(1976-1978)：這是微控制器的第二個發(fā)展階段。而生產(chǎn)微控制器這個時代已經(jīng)能夠在單芯片上集成的CPU，并行端口，定時器，RAM和ROM等特點，但性能低，品種少，不是很廣泛的應用，英特爾的典型產(chǎn)品公司的MCS - 48系列機器。 </p><p>　　3．第三代高檔8位單片機(1979

39、-1982)：這是成熟的單片機階段。這種單片機的產(chǎn)生和前幾代相比，不僅解決了存儲容量和范圍，并中斷源，并行I / O端口，定時器/計數(shù)器的數(shù)量不同程度增加，更先進的是新的集成全雙工串行通訊接口電路。在指令中，一般將乘法和除法和比較指令。在此期間，供應鏈管理的全系列產(chǎn)品，滿足了各種不同領域的需要。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機,Motorola公司的MC6801系列機,TI公司的TMS7000系列機,此外,Rockwell,

40、NS,GI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機系列</p><p>　　4.16位單片機（1982?1990年） </p><p>　　5．新一代的單片機（自90年代以來） </p><p>　　供應鏈管理已經(jīng)成為更廣泛的應用范圍：1）控制系統(tǒng)。 2）智能電表。 3）機電一體化。 4）智能接口。 5）智能民用產(chǎn)品。 6）配電系統(tǒng)的功能。 7）功能集散控制系統(tǒng)。

41、8）局部網(wǎng)絡系統(tǒng)。 </p><p>　　中國于1982年開始使用單片機的短短五年中的最新發(fā)展極為迅速。截至今天，單片機應用技術的飛速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，我國的單片機年容量已達 1——3 億片，且每年以大約16%的速度增長，但相比于中國的世界市場份額不到1％。特別是在玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品的沿海地區(qū)，大多采用微控制器，并繼續(xù)向內(nèi)地輻射，所以在中國供應鏈管理有一個廣闊的前景。</p><p>　　3.1

42、.2 AT89C52單片機的概述</p><p>　　AT89C52引腳結構</p><p>　　圖 3.1 AT89C52引腳結構</p><p><b>　　功能特性描述:</b></p><p>　　與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz

43、、三級加密程序存儲器、2個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器等AT89C51引腳功能描述 </p><p><b>　　VCC : 電源</b></p><p><b>　　GND: 地</b></p><p>　　P0 口：

44、P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口

45、，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把

46、端口拉高，此時可以作為輸入口使用作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在flash編程和校驗時，P2口亦接收低高位地址和其它控制信號。</p><p>　　P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個</p><p>　　TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入&l

47、t;/p><p>　　口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下所示。</p><p>　　AT89S52 引腳號 第二功能</p><p>　　P3.0 RXD （串行輸入）</p><p>　　P

48、3.1 TXD （串行輸出）</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 （定時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1 （定時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)&

49、lt;/p><p>　　P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)</p><p>　　RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。

50、然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFF

51、H的外部程序存儲器</p><p>　　讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　AT89C52 有5個中斷

52、源，中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中, 由于計算機系統(tǒng)內(nèi)、 外的某種原因, 而必須中止原程序的執(zhí)行,轉去執(zhí)行相應的處理程序,待處理結束之后, 再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過程。 </p><p>　　采用了中斷技術后的計算機, 可以解決CPU與外設之間速度匹配的問題, 使計算機可以及時處理系統(tǒng)中許多隨機的參數(shù)和信息, 同時, 它也提高了計算機處理故障與應變的能力。兩個外部中斷（INT0 和INT1），兩個

53、定時中斷（定時器0、1）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。</p><p>　　中斷源是在一個計算機系統(tǒng)對中斷請求的來源，中斷可以人為設定，它可以在應對突發(fā)隨機事件設置。通常的I / O設備，實時控制系統(tǒng)的故障隨機參數(shù)和信息源等。</p><p>　　較高優(yōu)

54、先級的中斷，那么到更高的優(yōu)先級響應。當運行時，中斷服務程序，另一個中斷高優(yōu)先級中斷請求產(chǎn)生，當電流CPU中斷服務將暫停高級別中斷處理應用，可完成先進的中斷處理程序中斷程序關閉，然后再返回到CPU原始點繼續(xù)這一過程被稱為嵌套。</p><p><b>　　中斷響應的過程：</b></p><p>　　在每個指令結束時，系統(tǒng)會自動檢測中斷請求信號，如果有一個中斷請求，并在

55、打開的CPU，那么響應的中斷的中斷狀態(tài)。 </p><p>　?。?）保護之前，在一般保護，禁止中斷，以防止現(xiàn)場銷毀現(xiàn)場的一幕。保護現(xiàn)場的指令一般用于堆疊在原程序中使用到堆棧中的寄存器。 </p><p>　　（3）中斷服務的相應的中斷源是服務。 </p><p>　　（4）恢復現(xiàn)場，將保護的數(shù)據(jù)在堆棧上彈出的復蘇之前，禁止中斷現(xiàn)場，以防止破壞現(xiàn)場。時間后，現(xiàn)場恢復

56、開放中斷。 </p><p>　?。?）返回時，此CPU的斷點地址時堆棧推彈回到程序計數(shù)器，使CPU繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。 </p><p>　　晶振特點：如圖所示，單片機AT89C52的用于形成一個內(nèi)部振蕩器反相放大器，XTAL1和XTAL2的是放大器的輸入和輸出。振蕩電路連接圖</p><p><b>　　3.2超聲波傳感器</b><

57、/p><p>　　超聲波是一種機械波頻率高于20kHz的機械波。為了作為一種超聲波檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。為了實現(xiàn)這個目的的設備是超聲波傳感器，可以使用超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器發(fā)射器和接收器，但一個超聲波傳感器也可發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類是電氣方式產(chǎn)生超聲波，一個是由機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方法包括壓力電動式等;機械方法加爾，長笛等系統(tǒng)，它們產(chǎn)生超聲波頻率，

58、功率和聲學特性各不相同。在近距離電流測量更常用的壓電超聲換能器。超聲波傳感器是壓電效應的原理和超聲波能量相互轉化，即使用，當超聲波發(fā)射器，將電能轉化，超聲波發(fā)射器和接收回波時，將超聲振動轉換成電信號。壓電超聲換能器是利用壓電晶體振蕩器工作。在圖所示超聲換能器的內(nèi)部結構，它有兩個壓電陶瓷基板和一個傳聲筒。當它應用于雙極性脈沖信號，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，促進了超聲振動共振板發(fā)電的話，它是一種超聲波發(fā)生器，

59、另一方面，如果不施加電壓之間的兩個電極，當共振板收到超聲波共振，這是抑制振動的壓電晶片，將機械能轉換為電信號，然后它成為一個超聲波接收傳感器。超聲波發(fā)射器和接</p><p>　　3.3 超聲波發(fā)射電路</p><p>　　超聲波發(fā)射電路原理圖如上圖所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構成，單片機P1.0端口輸出高電平驅動振蕩電路產(chǎn)生的40KHZ方波信號一路經(jīng)一級反相

60、器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的一個電極。用這種推挽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。輸出端采用兩個反相器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上拉電阻R10、R11一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。</p><p>　　3.4 超聲波接收電路</p><p&

61、gt;<b>　　超聲波檢測接收電路</b></p><p>　　集成電路CX20106A是一款紅外檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接受器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38KHZ與測距的超生波頻率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接受超聲波（無信號時輸出高電平），具有很高的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C4的大小，可以改變接受電路的

62、靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　其中，CXA20106A為紅外線接收專用芯片，可以用于超聲波的接收。各引腳說明如表。</p><p>　　CXA20106A各引腳說明</p><p><b>　　3.5LED數(shù)碼管</b></p><p>　　LED數(shù)碼顯示管是由發(fā)光二極管按一定的結構組合起來的顯示器件，通常使

63、用的是8段式數(shù)碼管，它一般有共陽和共陰兩種。圖(a)為共陰極數(shù)碼管的引腳圖，從a-g引腳輸入不同的8位二進制編碼，可用于顯示不同的數(shù)字或字符。圖 (b)為共陽極數(shù)碼管結構，8段發(fā)光二極管的陽極接在一起，陰極端分開控制，使用時公共端來接電源。要使哪根發(fā)光二極管亮，那么對應的陰極接地。圖 (c)為共陰極數(shù)碼管結構，8段發(fā)光二極管的陰極接在一起，陽極端分開來控制，使用時公共端接地，要使哪根發(fā)光二極管亮，那么對應的陽極端接高電平。</p&

64、gt;<p><b>　　數(shù)碼管</b></p><p>　　數(shù)碼管在顯示時通常有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。</p><p>　　(1) 動態(tài)顯示：動態(tài)顯示是將所有的數(shù)碼管的段選線并接連接在一起，用一個I/O接口控制，公共端不是直接接地(共陰極)或電源(共陽極)，而是通過相應的I/O接口線控制，每一個數(shù)碼管的公共端與一根I/O線相連。桑單片機在輸入

65、字符碼時，所有的數(shù)碼管接收到的字符碼相同，但是哪個數(shù)碼管顯示取決于，】公共端控制碼。通過分時輪流來控制各個數(shù)碼管的的公共端，就可以讓數(shù)碼管輪流受控顯示。由于人的視覺暫留效應，只要循環(huán)的周期足夠快，那么看起來所有的數(shù)碼管都是一起顯示的，這就是動態(tài)顯示原理。動態(tài)顯示所用的I/O接口信號線少，線路簡單。</p><p>　　(2)靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)顯示時，在其公共端直接接地(共陰極)或電源(共陽極)，各段選線分別與I/

66、O接口線相連。想要顯示字符，直接在I/O線發(fā)送相應的字符碼。靜態(tài)顯示結構簡單，則顯示方便，要顯示某個字符，直接在I/O線上發(fā)送相應的字符碼，但是一個數(shù)碼管需要8根I/O線，如果數(shù)碼管個數(shù)少，這時用起來方便，但是如果數(shù)碼管數(shù)目較多，這時占用很多的I/O線，所以數(shù)碼管較多時常采用動態(tài)顯示。</p><p>　　此設計顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的P0口，位碼輸出端口分別為單片機的P2.0、P

67、2.1、P2.2、P2.3口,數(shù)碼管位驅運用74LS07驅動。為使電路簡單，提高可靠性，此超聲波測距儀的顯示系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。</p><p>　　第四章 設計原理及工作說明</p><p>　　4．1 設計原理圖及分析</p><p>　　具體工作原理說明：超聲波傳感器發(fā)射部分主要受單片機控制發(fā)射超聲波，超聲波傳感器接收部分接受已發(fā)射的超聲波。</p>

68、<p>　　單片機AT89C52中的程序可控制在超聲波傳感器發(fā)射超聲波時單片機內(nèi)的定時器開始計時，在超聲波傳感器接受到已發(fā)射的超聲波時，停止單片機內(nèi)的定時器計時，并且把記錄的超聲波傳播時間來轉換為測距儀測量的電路與前方障礙物的距離值，最后通過LED數(shù)碼管顯示出來。</p><p><b>　　4．2 設計說明</b></p><p>　　本設計單片機中的

69、匯編程序包括中斷初始化、主程序、顯示程序和兩個中斷服務子程序。在中斷初始化中打開了定時器0中斷，外部中斷0，定時器工作在方式2，使THO=6DH</p><p><b>　　TL0=6DH。</b></p><p>　　主程序中，超聲波傳感器發(fā)射超聲波的同時，打開中斷總允許EA，此時定時器0開始計時。定時器0中斷服務子程序每計時294US（超聲波傳播0.1m 所需要的

70、時間），定時器0中斷一次，并且使R0寄存器加1，并且判斷計數(shù)值是否超過12m，若超過使R3置1。</p><p>　　當超聲波傳感器接受到超聲波時，外部中斷0關閉中斷總允許EA，使定時器0停止計時，這樣R0計錄的數(shù)值除以20就是測量的距離值（R0計錄的時間超聲波傳播0。1M 所需要的時間且為往返時間之和）。主程序中，判斷記錄的距離值是否在0.5——12m之間，</p><p><b&

71、gt;　　結束語：</b></p><p>　　該設計可廣泛用于生活、軍事等各個領域，該設計需要設計者有較好的數(shù)電、模電知識，并且具有一定的編程能力，上述知識的綜合運用，實現(xiàn)超聲波發(fā)射和接收信號，控制通過該計劃中的微控制器超聲波信號分析，計算，處理在LED數(shù)碼管顯示最后一次。測量范圍在0.5m——12.0m,測量精度0.1m不與被測物體直接接觸，可顯示清晰，穩(wěn)定的測量結果。 </p>&

72、lt;p>　　本文介紹了設計是由設計的超聲波傳感器發(fā)射與接收部分超聲波傳感器，超聲波接收器的超聲波發(fā)射器部分（非接觸測量），測量要解決的主要問??題是如何實現(xiàn)的超聲波信號收發(fā)器實現(xiàn)物體的距離和0.1米的精度。這個設計使用兩個中斷，定時器中斷轉交有關外部中斷0和0啟用計時器，當接收發(fā)射超聲波信號，外部中斷0來禁止中斷，定時器中斷0總記錄的時間范圍內(nèi)的超聲波信號，轉發(fā)現(xiàn)者為對象，通過往返時間的前面。使用（對超聲波的傳播速度V，設計設置

73、340米/秒）= T ×V / 2的公式，從微控制器處理的S值，通過LED顯示。 </p><p>　　由于設計較短，知識是有限的，如設計傳感器的靈敏度和測量范圍，測量的準確度超聲波測距儀0.1m的一些缺點，測量范圍0.5m——12.0m，還可以做到更的精確，測量范圍較大，但更要求在傳感器上。需要生產(chǎn)高精度傳感器技術，成本高，所以我選擇了比較常見的測量范圍和測量精度。隨著國內(nèi)電子技術的發(fā)展，我相信會有更

74、好，更便宜的傳感器出現(xiàn)。另一個問題是，有沒有溫度補償，以不同的速度在不同超聲變速器溫度，設計溫度為室溫，超聲波速度為340米/秒時的基準，所以在其他溫度測量使用超聲波測量儀器本會導致不準確的。 </p><p>　　這在兩個主要問題設計的突破： </p><p>　　第一：要達到這對于超聲波速度V，為超聲，往返時間T一定的精度測量，超聲波測距原理設計為S = T，根據(jù)× V /

75、2號，（距離），通過定時器0的定時時間由0.1米0.1米超聲波設置時間提高精確度。 </p><p>　　第二項就是：超聲時間控制，設計由外部中斷0和超聲定時控制，使用的定時器0，從超聲時間記錄，超聲波發(fā)射時，計時器開始計時時傳播的，當接收到的超聲波波，當外部中斷0使計時器停止計時。</p><p>　　附錄一 超聲波測距儀電路圖.</p><p><b&g

76、t;　　附錄二 參考文獻</b></p><p>　　[1] 胡萍.超聲波測距儀的研制.計算機與現(xiàn)代化，2003.10[2] 時德剛，劉嘩.超聲波測距的研究.計算機測量與控制，2002.10 [3] 華兵.MCS-51單片機原理應用.武漢：武漢華中科技大學出版社，2002 .5</p><p>　　[4] 李華.MCU-51系列單片機實用接口技術.北京：北京航空航天大學出

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83、mutter ， Eerily ， Y.Etzion ，I.A.Meir，H.Di ，Refine the use of the evaporation in an experimental down-draft cool tower ，Energys .1995</p><p>　　[24] rtori S，ZHANG G X. Geometric Error Measurement and Compensat

84、ion of Machines.Annals of the CIRP. 1995:599-609</p><p>　　[25] olton W. Instrumentation&process measurement. Longman</p><p>　　Scientific&Technical. 1991</p><p>　　附錄三 超聲波測距儀

85、匯編程序</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP START</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　LJMP PINT0</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　LJMP

86、 INTT0</p><p>　　ORG 0013H</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　ORG001BH</p><p>　　LJMP INTT1</p><p>　　ORG0023H</p><p><

87、b>　　RETI</b></p><p>　　ORG002BH</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　****************主程序****************</p><p>　　START: MOVSP, #4FH</p>

88、<p>　　MOVR0, #40H ;40H~43H為顯示數(shù)據(jù)存放單元（40H為最高位）</p><p>　　MOVR7, #0BH</p><p>　　CLEARDISP: MOV @R0, #00H</p><p><b>　　INCR0</b></p><p>　　DJNZ

89、R7,CLEARDISP</p><p>　　MOV20H,#00H</p><p>　　MOVTMOD,#21H; T1為8位自動重裝模式，T0為16位定時器</p><p>　　MOV TH0, #00H</p><p>　　MOV TL0, #00H</p><p>　　MOV

90、 TH1, #0F2H</p><p>　　MOV TL1, #0F2H;;40KHz初值</p><p>　　MOV P0, #0FFH</p><p>　　MOV P1, #0FFH</p><p>　　MOV P2, #0FFH</p><p>　　MOV P3, #0FFH</p&

91、gt;<p>　　MOV R4,#04H;超聲波脈沖個數(shù)控制（為賦值的一半）</p><p>　　SETB PX0</p><p>　　SETB ET0</p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>　　SETB TR0;；開啟測距定時器</p&g

92、t;<p>　　START1: LCALL DISPLAY</p><p>　　JNB 00H,START1; ；收到反射信號是標志為1</p><p><b>　　CLR EA</b></p><p>　　LCALL MATH; ；計算距離子程序</p><p>

93、;　　SETB EA</p><p><b>　　CLR 00H</b></p><p>　　SETB TR0; ；重新開啟測距定時器</p><p>　　MOV R2,#64H; ；測量間隔控制（約4ms×100=400ms）</p><p>　　L

94、OOP: LCALL DISPLAY</p><p>　　DJNZ R2,LOOP</p><p>　　SJMP START1</p><p>　　**************顯示程序**************</p><p>　　DISPLAY: MOVR1,#40H ;40H為最

95、高位，43H為最低位，先掃描高位</p><p>　　MOVR5,#0F7H</p><p>　　PLAY: MOVA,R5</p><p>　　MOVP0,#0FFH</p><p><b>　　MOVP2,A</b></p><p>　　MOVA,@R1&

96、lt;/p><p>　　MOVDPTR,#TAB</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR</p><p><b>　　MOVP0,A</b></p><p>　　LCALLDL1MS</p><p><b>　　INCR1</b></p>&

97、lt;p><b>　　MOVA,R5</b></p><p>　　JNB ACC.0,ENDOUT</p><p><b>　　RRA</b></p><p><b>　　MOVR5,A</b></p><p>　　AJMPPLAY</p&

98、gt;<p>　　ENDOUT: MOVP2,#0FFH</p><p>　　MOVP0,#0FFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH&l

99、t;/p><p>　　;共陽段碼表 “0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“不亮”，“A”，“—”</p><p>　　****************中斷程序****************</p><p>　　INTT0: CLREA;T0中斷，65ms中斷一次</p&g

100、t;<p><b>　　CLRTR0</b></p><p>　　MOVTH0,#00H</p><p>　　MOVTL0,#00H</p><p>　　SETBET1</p><p><b>　　SETBEA</b></p><p&g

101、t;　　SETBTR0 ;啟動計數(shù)器T0，用以計算超聲來回時間</p><p>　　SETBTR1 ;開啟發(fā)超聲波用定時器T1</p><p>　　OUT: RETI</p><p>　　INTT1: CPLVOUT ;T1中斷，發(fā)超聲波用</p><

102、;p>　　DJNZR4,RETIOUT</p><p>　　CLRTR1 ;超聲波發(fā)送完畢，關T1</p><p><b>　　CLRET1</b></p><p>　　MOVR4,#04H</p><p>　　SETBEX0 ;開啟接收回波

103、中斷</p><p>　　RETIOUT: RETI</p><p>　　PINT0: CLRTR0 ;外中斷0，收到回波時進入，關計數(shù)器</p><p><b>　　CLRTR1</b></p><p><b>　　CLRET1</b&g

104、t;</p><p><b>　　CLREA</b></p><p><b>　　CLREX0</b></p><p>　　MOV44H,TL0 ;將計數(shù)值移入處理單元</p><p>　　MOV45H,TH0</p><p>　　SETB

105、00H ;接收成功標志</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　*************延時程序*************</p><p>　　DL1MS: MOVR6,#14H</p><p>　　DL: MOVR7,#19H<

106、/p><p>　　DL1: DJNZR7,DL1</p><p>　　DJNZR6,DL</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　************距離計算程序（距離=計數(shù)值×17／1000cm **********************</p>

107、;<p>　　MATH: PUSHACC </p><p><b>　　PUSHPSW</b></p><p><b>　　PUSHB</b></p><p>　　MOVPSW,#18H</p><p>　　MOVR3,45H</p><

108、p>　　MOVR2,44H</p><p>　　MOVR1,#00D</p><p>　　MOVR0,#17D</p><p>　　LCALLMUL2BY2</p><p>　　MOVR3,#03H</p><p>　　MOVR2,#0E8H</p><p>　　LC

109、ALLDIV4BY2</p><p>　　LCALLDIV4BY2</p><p>　　MOV40H,R4</p><p>　　MOVA,40H</p><p><b>　　JNZJ0</b></p><p>　　MOV40H,#0AH;最高位為0，不點亮</p&

110、gt;<p>　　J0: MOVA,R0</p><p><b>　　MOVR4,A</b></p><p><b>　　MOVA,R1</b></p><p><b>　　MOVR5,A</b></p><p>　　MOV

111、R3,#00D</p><p>　　MOVR2,#100D</p><p>　　LCALLDIV4BY2</p><p>　　MOV41H,R4</p><p>　　MOVA,41H</p><p><b>　　JNZJ1</b></p><p>　　MO

112、VA,40H ;次高位為0，先看最高位是否為不亮</p><p>　　SUBBA, #0AH</p><p><b>　　JNZJ1</b></p><p>　　MOV41H,#0AH;；最高位不亮，次高位也不亮</p><p>　　J1: MOVA, R0<

113、;/p><p>　　MOVR4, A</p><p>　　MOVA, R1</p><p>　　MOVR5, A</p><p>　　MOVR3, #00D</p><p>　　MOVR2, #10D</p><p>　　LCALLDIV4BY2</p><

114、p>　　MOV42H, R4</p><p>　　MOVA, 42H</p><p><b>　　JNZJ2</b></p><p>　　MOVA,41H;；次次高位為0，先看次高位是否為不亮</p><p>　　SUBBA, #0AH</p><p><b>