畢業(yè)設(shè)計--超聲波測距儀的設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計采用以AT89S58單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設(shè)計方法。整個電路采用模塊化設(shè)計，由主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接受子程序、顯示子程序、語音播報子程序等模塊組成。發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，接受模塊接受回波，單片機計算距離，顯示測量結(jié)果。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測

2、距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。</p><p>　　超聲波測距今年來得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的優(yōu)點在于超聲波明顯特征是方向性好，穿透性強。尤其是在光不透明的固體中，它碰到雜質(zhì)或分界面就有顯著地反射。用超聲波測距離時通過測量發(fā)射的超聲波與接受到被測物體反射的回波之間的時間差來確定的。</p><p>

3、　　關(guān)鍵詞：AT89S51，超聲波，測距</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題設(shè)計目的及意義1</p><p>　　1.1.1設(shè)計的目的1</p><p>　　1.1.2設(shè)計的意義

4、1</p><p>　　1.2超聲波測距儀的現(xiàn)狀和發(fā)展1</p><p>　　1.2.1發(fā)展歷史1</p><p>　　1.2.2 研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案論證4</p><p>　　2.1超聲波測距儀的設(shè)計思

5、路4</p><p>　　2.1.1超聲波測距原理4</p><p>　　2.1.2超聲波測距儀原理框圖4</p><p>　　2.1.3課題設(shè)計的要求4</p><p>　　2.2超聲波測距方法的選擇5</p><p>　　2.3超聲波發(fā)生器選擇6</p><p>　　2.4超聲波

6、接受傳感器6</p><p>　　2.5顯示單元選擇7</p><p>　　2.6語音播報電路選擇7</p><p>　　2.7溫度傳感器的選擇7</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9</p><p>　　3.1 AT89S51單片機的功能及特點9</p><p>　　3

7、.1.1主要性能參數(shù)9</p><p>　　3.1.2功能特性概述9</p><p>　　3.2單片機最小系統(tǒng)10</p><p>　　3.3單片機測距原理11</p><p>　　3.4超聲波發(fā)射電路12</p><p>　　3.5超聲波檢測接收電路13</p><p>　　3.6

8、溫度補償電路14</p><p>　　3.7顯示單元電路15</p><p>　　3.7.1 12864液晶資料16</p><p>　　3.7.2 12864液晶基本特性16</p><p>　　3.8語音播報電路17</p><p>　　3.9無線發(fā)射與接收電路18</p><p&g

9、t;　　3.9.1APC240無線通信模塊主要特點18</p><p>　　3.9.2APC240無線通信模塊主要技術(shù)指標(biāo)19</p><p>　　第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計20</p><p>　　4.1超聲波測距儀的算法設(shè)計20</p><p>　　4.2主程序流程圖20</p><p>　　4.3超聲波發(fā)生子

10、程序和超聲波接收中斷程序22</p><p>　　4.4系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試24</p><p><b>　　總 結(jié)25</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b></p><p>　

11、　附錄一 超聲波測距電路原理圖30</p><p>　　附錄二 程序清單31</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1課題設(shè)計目的及意義</p><p>　　1.1.1設(shè)計的目的</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣。

12、但就目前的急速水平來說，人們可以具體利用的測距技術(shù)還十分有限，因此，這是一個正在蓬勃發(fā)展而又有無限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。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，滿足日益發(fā)展的社會需求，如聲納的發(fā)展趨勢基本：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求；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測的潛艇拖拽線列陣聲納，實現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動探測和識別；研制更適

13、合與前還工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識別問題；搭理降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。毋庸置疑，無線的超聲波測距儀將于自動化智能化接軌，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(jì)里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。</p><p>　　1.1.2設(shè)計的意義</p><p>　　

14、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的提高，城市發(fā)展建設(shè)加快，城市給排水系統(tǒng)也有較大發(fā)展，其狀況不斷改善。但是，由于歷史原因合成時間的許多不可預(yù)見因素，城市給排水系統(tǒng)，特別是排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)。因此，經(jīng)常出現(xiàn)開挖已經(jīng)建設(shè)好的建筑設(shè)施來改造排水系統(tǒng)的現(xiàn)象。城市污水給人們帶來了困擾，因此，箱涵的排污疏通對打城市給排水系統(tǒng)污水處理，人們生活舒適顯得非常重要。而設(shè)計研制箱涵排水疏通移動機器人的自動控制系統(tǒng)，保證機器人在箱涵中自由排污疏通，是

15、箱涵排污疏通機器人的設(shè)計研制的核心部分?？刂葡到y(tǒng)核心部分就是超聲波測距儀的研制。因此，設(shè)計好的超聲波測距儀就顯得非常重要了。這就是我設(shè)計超聲波測距儀的意義。</p><p>　　1.2超聲波測距儀的現(xiàn)狀和發(fā)展</p><p><b>　　1.2.1發(fā)展歷史</b></p><p>　　我國，關(guān)于超聲的大規(guī)模研究始于1956年。迄今，在超聲的各個

16、領(lǐng)域都開展了研究和應(yīng)用，其中有少數(shù)項目已接近或達到了國際水平。</p><p>　　中國測試技術(shù)研究所李茂山在《超聲波測距原理及實踐技術(shù)》中詳細(xì)地闡述了超聲波的測距原理，并給出了實現(xiàn)超聲波測距的具體框圖，并討論了影響超聲波測距精度的幾種原因。在本文中，他并未提及超聲波測距所需的一些具體電路，只是給出了測距一般所需的電路名稱，沒有提及各種電路間的匹配。</p><p>　　1998年，曼內(nèi)斯

17、德馬泰克(秦皇島)有限公司推出了一種數(shù)字式超聲波位移測量儀，李忠杰在《數(shù)字式超聲波位移測量儀的研究》一文中介紹了這種數(shù)字式超聲波位移測量儀的結(jié)構(gòu)，工作原理和功能，其數(shù)據(jù)處理借助于單板機，給出了程序框圖，對儀表的各部分硬件電路做了較詳細(xì)的說明，并列出了部分儀表的實測數(shù)據(jù)，并分析了誤差產(chǎn)生的原因。在此文中，給出了超聲波測距儀在對液壓缸位移進行測量時與其它位移傳感器的優(yōu)勢所在，并給出了單片機的程序框圖。中國科學(xué)院上海聲學(xué)實驗室的王潤田在《雙頻

18、超聲波測距》一文中提出了一種雙頻超聲波測距的原理和方法，由于空氣對超聲波的吸收與超聲波的平方成正比，因此，用來測距的超聲波的頻率不能很高，但另一方面頻率越低，波長越長，測長的絕對誤差就越大，測距的范圍加大與測量精度實際上是一對矛盾。王潤田提出，為了在一個較長的范圍內(nèi)達到測距的精度，在測距時同時發(fā)射兩個頻率的超聲波，頻率較大的測較近的距離，頻率較小的測較長的距離，這樣在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的測距精度。</p><p&g

19、t;　　而國外關(guān)于超聲波測距研究的主力是萊卡公司。</p><p>　　1996萊卡Power型迪士通在日光下也能進行長距離測量。</p><p>　　1998萊卡迪士通推出basic型產(chǎn)品。作為第二代的迪士通，它不僅代表了新的技術(shù)飛躍，在設(shè)計上也躍上新的臺階：多功能底座、電池供電、快速測距等無不體現(xiàn)了萊卡對創(chuàng)新的執(zhí)著。 1998萊卡迪士通推出memo和pro型，增加了數(shù)據(jù)存儲功能

20、和應(yīng)用程序。再次引發(fā)測量技術(shù)革命。迪士通memo型能存儲1000個測量值，實現(xiàn)智能化的測量，pro型則答應(yīng)應(yīng)用相關(guān)的程序進行高精密測量，成為萊卡迪士通家族中頂級的手持激光產(chǎn)品。帶內(nèi)存的pro不光能直接用于測量，也能進行聯(lián)機操作。 1999萊卡迪士通第三代classic產(chǎn)品誕生。萊卡測量系統(tǒng)的手持激光測距儀取得了新的技術(shù)突破。classic3取代basic，仍舊沿襲著手持測距技術(shù)世界領(lǐng)先的地位。它保留了basic型諸如可靠、易于

21、使用、精度高等使之成為行業(yè)首選產(chǎn)品的知名性能，又取得了要害性的進步：體積更小、重量更輕、測距更快和價格更優(yōu)。耐用、防水的classic3堪稱30m到100m乃至更遠(yuǎn)距離測量應(yīng)用的理想工具。</p><p>　　2001創(chuàng)新不斷，萊卡測量系統(tǒng)又創(chuàng)立了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，率先在手持激光測距儀上采用字母數(shù)字單片機畢業(yè)論文式混合鍵盤。新一代迪士通成為迪士通發(fā)展歷程上新的里程碑。它包括四類產(chǎn)品：萊卡迪士通lite、迪士通clas

22、sic4、迪士通pro4和迪士通pro4a。 2002測量從未如此簡單！萊卡測量系統(tǒng)推向市場的第五代迪士通產(chǎn)品中，新增了兩款獨特的型號，萊卡迪士通lite5和classci5。一鍵按發(fā)使測量變得前所未及的簡單便捷，在0.2m到200m之間，單次測量時間用不到1秒！用lite 5，每項工作如測距、計算面積或體積都能用已明確定義的按鍵容易實現(xiàn)。classic5則以輕觸式的鍵盤和為方便長距離測量而內(nèi)置的望遠(yuǎn)鏡給人留下深刻印象。事實上

23、，作為多年的市場領(lǐng)先者，萊卡測量系統(tǒng)深得信賴。</p><p>　　1.2.2 研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了微波雷達測距、激光測距及超聲波測距。前2種方法由于技術(shù)難度大成本高一般僅用于軍事工業(yè)而超聲波測距則由于其技術(shù)難度相對較低且成本低廉適于民用推廣。這項技術(shù)也可用于工業(yè)測量領(lǐng)域。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波常常用于距離的測

24、量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。隨著自動測量和微機技術(shù)的發(fā)展，超聲波測距的理論已經(jīng)成熟，超聲波測距的應(yīng)用也非常廣泛。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光芒、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的

25、環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。因此在液位測量、機單片機畢業(yè)論文械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。特殊是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很輕易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其正確度也較其它方法為高；而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡</p><p>　　1.3本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　超聲波是指頻率高于20KHz的機械波。為了以

26、超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波。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)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(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；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉(zhuǎn)換成電信號。</p><p>　　超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（t

27、ime of flight）。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。</p><p>　　本設(shè)計主要是基于AT89S51芯片為核心的超聲波測距儀，74LS04組成的超聲波發(fā)射電路、并有超聲波處理模塊CX20106A、液晶顯示等器件組成，包括單片機系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、單片機復(fù)位電路、LCD顯示電路語音播報電路。主要實現(xiàn)超聲波測距并指

28、示功能。依據(jù)實際的測量精度要求添加溫度補償電路。本系統(tǒng)成本低廉，功能實用。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案論證</p><p>　　2.1超聲波測距儀的設(shè)計思路</p><p>　　2.1.1超聲波測距原理</p><p>　　發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在到達被測物體是被反射返回，由接受器接受，其往返時間為t，有s=vt/

29、2即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)該通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?lt;/p><p>　　表2—1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表</p><p>　　2.1.2超聲波測距儀原理框圖</p><p>　　單片機發(fā)出40khz的信

30、號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接受器將接受到得超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行辨別、計算，得出距離數(shù)并送LCD顯示并送語音播報模塊播報。</p><p>　　2.1.3課題設(shè)計的要求</p><p>　　設(shè)計一個超聲波測距儀，要求：</p><p>　　具有超聲波測距功能，測量距離0.20m

31、~5.00m測距精度±1㎝。</p><p>　　具有測量距離數(shù)值無線傳輸功能。</p><p>　　實時顯示測量的距離，顯示格式為：X.XXm。</p><p>　　漢字提醒顯示：距離在0.40m~1.00m，顯示“危險距離”并用紅色LED燈指示；距離在1.00m~2.00m，顯示“保持距離”，并用黃書LED燈指示；距離在2.00m以上，顯示“安全距離”

32、并用綠色LED燈指示。</p><p>　　具有實時語音播報功能，實時播報測量距離數(shù)值，格式：X.XXm,實時播報時間間隔≤10s，實時播報聲音清晰明亮、無明顯失真，在1m距離處人耳能準(zhǔn)確分辨。語音播報要與顯示同步。</p><p>　　2.2超聲波測距方法的選擇</p><p>　　超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of flight）。首先測出

33、超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。</p><p>　　測量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測距等，超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。因為超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機負(fù)責(zé)計時，單片機使用12.0MHZ晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫米級。</p><p>　　由于超

34、聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，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。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)、控制對象和現(xiàn)有條件本系統(tǒng)硬件電路采用由單片機最小系統(tǒng)、溫度補償電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、顯示電路無線通信電路以及語音播報電路構(gòu)成。本超聲波測距儀的具體工作過程如下，單片機控制的振蕩源產(chǎn)生40kHz的頻率信號

35、來驅(qū)動超聲傳感器。每次發(fā)射包含6個脈沖左右,當(dāng)?shù)谝粋€超聲波脈沖發(fā)射后,計數(shù)器開始計數(shù),在檢測到第一個回波脈沖的瞬間,計數(shù)器停止計數(shù)，得到從發(fā)射到接收的時間t 后,單片機讀取溫度值補償聲速,利用測距公式可計算出被測距離，同時由無線通信模塊將測量數(shù)據(jù)傳到下位機進行顯示和語音播報。系統(tǒng)總體框圖如圖所示。</p><p><b>　　圖2-1 發(fā)射模塊</b></p><p>

36、;<b>　　圖2-2 接收模塊</b></p><p>　　2.3超聲波發(fā)生器選擇</p><p>　　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，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。本課題屬于近距離測量，可以采用常用的壓電式超聲波換能器來實現(xiàn)。</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

37、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。此次設(shè)計采用反射波方式。</p><p>　　測距儀的分辨率取決于對超聲波傳感器的選擇。超聲波傳感器是一種采用壓電效應(yīng)的傳感器，常用材料是壓電式陶瓷。由于超聲波在空氣傳播時會有相當(dāng)?shù)乃p，衰減的程度與頻率的高低成正比；而頻率高分辨率也高，故短距離測量時應(yīng)選

38、擇高頻率的傳感器，而長距離測量時應(yīng)用低頻率的傳感器。</p><p>　　2.4超聲波接受傳感器</p><p>　　超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：</p><p>　　工作頻率。工作頻

39、率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。</p><p>　　工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。</p><p>　　靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈

40、敏度低。</p><p>　　因此超聲波接受傳感器應(yīng)該應(yīng)用集成電路CX20106A，CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？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(如圖2-3)。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(dāng)更改電容CS的大小，可以改變接收

41、電路的靈敏度和抗干擾能力。此部分電路在集成芯片上</p><p><b>　　2.5顯示單元選擇</b></p><p>　　顯示單元是計算機系統(tǒng)開發(fā)時使用的主要設(shè)備之一，它可將計算機的運算結(jié)果、中間結(jié)果、存儲器地址以及存儲器、寄存器中的內(nèi)容顯示出來，從而實現(xiàn)人機對話?？梢宰鲲@示器的有：LED,LCD,CRT等。CRT就是常見的顯像管式的顯示器。優(yōu)點是顏色視覺效果好，

42、視角寬，可靠性高，便宜；缺點是體積大耗電多，有微量的X射線輻射。LED就是發(fā)光二極管。LED一般適合做大屏幕的顯示設(shè)備，最突出的有點那就是屏幕尺寸可以不受限制，亮度可以做的很高，其他的如顯色性、對比度等都不如CRT顯示器。</p><p>　　但是考慮到本設(shè)計需要顯示測量距離，補償溫度以及危險，保持 ，安全等警告信號。所以選擇采用128*64液晶模塊。</p><p>　　2.6語音播報電

43、路選擇</p><p>　　語音播報語音芯片有很多種，例如WT1380、WT588D等。WT1380具有多種報警功能，定時器功能，時鐘輸出功能，中斷輸出功能以及語音播報功能。它的語音功能和萬年歷功能可以同時工作，主頻采用RC振蕩，副頻采用32.768K晶振精確分頻?？梢杂嬎隳辍⒃?、日、時、分、秒等信息，并可以將時間信息反饋給主控單片機。因而，WT1380是一款性價比極高的語音時鐘芯片。但是本設(shè)計不要求芯片有可以計

44、算年、月、日、時、分、秒等信息的復(fù)雜功能。所以播報電路采用WT588D系列的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。</p><p>　　WT588D系列語音單片機是廣州唯創(chuàng)科技有限公司聯(lián)合臺灣華邦共同研發(fā)出來的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。功能多音質(zhì)好應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語音單片機的特長，彌補了以往各類語音芯片應(yīng)用領(lǐng)域狹小的缺陷，MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口

45、控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴展輸出模式，讓應(yīng)用人員能將產(chǎn)品投放在幾乎可以想象得到的場所。WT588D是一款功能強大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機芯片。WT588D讓語音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機電路，高度集成的單片機技術(shù)足于取代復(fù)雜的外圍控制電路。配套WT-APP上位機操作軟件可隨意更換WT588D語音單片機芯片的任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可。軟件操作方式簡

46、潔易懂，撮合了語音組合技術(shù)，大大減少了語音編輯的時間。</p><p>　　2.7溫度傳感器的選擇</p><p>　　大家知道，聲音在不同溫度的空氣中傳播速度是不同的，所以這里要考慮到溫度補償?shù)膯栴}。</p><p>　　溫度傳感器有很多種，例如溫度傳感器AD590。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的

47、熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)。AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V-6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。輸出電阻為710WM。它的精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。</p><

48、p>　　但是考慮到成本問題我選用TS-18B20數(shù)字溫度傳感器。該產(chǎn)品采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。</p><p>　　獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無需備用電源測量。溫度范圍

49、為-55°C至+125℃ 。-10°C至+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C 溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　硬件電路

50、的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、語音播報電路、溫度補償電路、無線傳輸、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接受電路五部分。單片機采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用P3.6端口輸出超聲波換能器所需的40KHz的方波信號，利用外部中斷1口檢測超聲波接受電路輸出的返回信號。顯示單元部分采用12864液晶模塊。</p><p>　　3.1 AT89S51單

51、片機的功能及特點</p><p>　　AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含有4K bytes的課反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度。非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89S51單片機可以為您提供許多高性

52、價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　3.1.1主要性能參數(shù)</p><p>　　與MCS—51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容。</p><p>　　4K字節(jié)可以重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器。</p><p>　　1000吃擦寫周期。</p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz—24Hz。</p>

53、;<p>　　三級加密程序存儲器。</p><p>　　128*8字節(jié)內(nèi)部RAM。</p><p>　　32個可編程I/O口線。</p><p><b>　　6個中斷源。</b></p><p>　　可編程串行UART通道。</p><p>　　低功耗空閑和掉電模式。</p&g

54、t;<p>　　3.1.2功能特性概述</p><p>　　AT89S51提供以下功能：</p><p>　　4k字節(jié)Flash閃速存儲器；</p><p>　　128字節(jié)內(nèi)部RAM；</p><p><b>　　32個I/O口線；</b></p><p>　　兩個16位定時器/計時

55、器；</p><p>　　一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)；</p><p>　　一個雙工串行口通信；</p><p>　　片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。</p><p>　　同時，AT89S51可以降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)點工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，當(dāng)允許RAM，定時/計數(shù)器，串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電式保存RAM中的內(nèi)

56、容，但振蕩器停止工作并禁止其他左右部件工作直到下一個硬件復(fù)位。</p><p>　　圖3-1，AT89S51單片機</p><p>　　3.2單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　其作用主要是為了保證單片機系統(tǒng)能正常工作。如圖3-2所示，單片機最小系統(tǒng)主要由AT89S51單片機、外部振蕩電路、復(fù)位電路和+5V電源組成。在外部振蕩電路中，單片機的XTAL1和XTAL2管

57、腳分別接至由12MHZ晶振和兩個30PF電容構(gòu)成的振蕩電路兩側(cè)，為電路提供正常的時鐘脈沖。在復(fù)位電路中，單片機RESET管腳一方面經(jīng)20 F的電容接至電源正極，實現(xiàn)上電自動復(fù)位，另一方面經(jīng)開關(guān)s接電源。其主要功能是把PC初始化為0000H，是單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，除了進入系統(tǒng)的初始化之外，當(dāng)由于程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動。因此，復(fù)位電路是單片機系統(tǒng)中不可缺少的一部分。&l

58、t;/p><p>　　圖3-2，單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.3單片機測距原理</p><p>　　單片機發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差tr，然后求出距離</p><p>　　S＝Ct2 (2-1)</p

59、><p>　　式中的C為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：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。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射／接收的設(shè)計方法，限于實際需要，本電路只采用單路超聲波發(fā)射接收。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)。</p>

60、<p>　　3.4超聲波發(fā)射電路</p><p>　　壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，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(dāng)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

61、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(biāo)志。</p><p>　　表3-1 反相器74LS04參數(shù)</p><p>　　發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，如圖3-3所示，單片機P2.7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

62、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。上位電阻R2、R3一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。</p><p>　　圖3-3超聲波發(fā)射電路</p><p>　　3.5超聲波檢測接收電路</p><p>　　超聲波接收電路CX20106A是一

63、款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。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，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(dāng)更改電容C16的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。其電路由圖3-4所示。</p><p>　　CX20106A的引腳注釋：</p>

64、;<p>　　1腳IN：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ。</p><p>　　2腳AGC：該腳與GND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R或減小C，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C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R=4.7Ω，C=3.3μF。</

65、p><p>　　3腳C0：該腳與GND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大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為3.3μF。</p><p>　　4腳GND：接地端。</p><p>　　5腳RC0：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，</p>&l

66、t;p>　　阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。</p><p>　　6腳C：該腳與GND之間接入一個積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得</p><p>　　太大，會使探測距離變短。</p><p>　　7腳OUT：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須

67、接上</p><p>　　一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。</p><p>　　8腳RC1：電源正極，4.5V～5V。</p><p>　　圖3-4 超聲波檢測接收電路</p><p><b>　　3.6溫度補償電路</b></p><

68、p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，測溫范圍為-55～125℃，最大分辨率可達0.0625℃。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用了一線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。測溫電路圖3-5所示。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器：</p><p>　　(1):技術(shù)性能描述<

69、/p><p>　　獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　測溫范圍－55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃。</p><p>　　工作電源：3~5V/DC。</p><p>　　在使用中不需要任何外圍元件。</p><p>　　

70、測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。</p><p>　　不銹鋼保護管直徑Φ6。</p><p>　　適用于DN15~25，DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1，M12X1.5，G1/2任選。</p><p>　　PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線，便于與其它電器設(shè)備連接

71、。</p><p>　　圖3-6 DS18B20溫度傳感器</p><p><b>　　(2)：應(yīng)用范圍</b></p><p>　　該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。</p><p>　　軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。</p><

72、p>　　汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。</p><p>　　供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。</p><p>　　圖3-5 DS18B20電路溫度補償電路</p><p><b>　　3.7顯示單元電路</b></p><p>　　顯示單元部分采用12864液晶模塊。

73、根據(jù)設(shè)計要求，用于顯示測量距離，補償溫度以及危險，保持，安全等警告信號。其顯示單元電路如圖6-7所示。</p><p>　　3.7.1 12864液晶資料</p><p>　　帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64。內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個

74、16*8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字。</p><p>　　12864液晶模塊可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。</p>

75、;<p>　　3.7.2 12864液晶基本特性</p><p>　　12864液晶基本特性如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 12864液晶基本特性</p><p>　　圖3-7顯示單元電路</p><p><b>　　3.8語音播報電路</b></p><p>　

76、　語音播報電路采用WT588D系列的集單片機和語音電路于一體的可編輯語音芯片。功能多音質(zhì)好應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定是WT588D系列語音單片機的特長，同時具有MP3控制模式、按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式以及三線串口控制I/O口擴展輸出模式。可控制的語音地址位能達到220個！每個地址位里能加載可組合語音為128段語音。只需通過適當(dāng)?shù)脑L問地址就可以實現(xiàn)語音播報，使用方便，語音播報電路設(shè)計如圖3-

77、8所示。</p><p>　　圖3-8 WT588D語音播報電路</p><p>　　其中KIA1117芯片為WT588D VCC管腳（存儲器電源輸入腳）提供3.3V電壓。</p><p>　　3.9無線發(fā)射與接收電路</p><p>　　無線發(fā)射與接收電路采用APC240無線通信模塊。它是新一代的多通道嵌入式無線數(shù)傳模塊,其可設(shè)置眾多的頻道

78、，發(fā)射功率高，而仍然具有較低的功耗。它可以在工業(yè)等強干擾的惡劣環(huán)境中使用。在任何狀態(tài)下都可以1次傳輸256bytes的數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)置空中波特率大于串口波特率時，可1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)。同時它還提供標(biāo)準(zhǔn)的UART/TTL，RS485和RS232三種接口1200/2400/4800/9600bps四速率，和三種接口校驗方式.采用串口設(shè)置模塊參數(shù)。具有豐富便潔的軟件編程設(shè)置選項。無線發(fā)射與接收電路見圖3-9</p><p&

79、gt;　　3.9.1 APC240無線通信模塊主要特點</p><p>　　接口方式：232／485／TTL串口，格式有8N1／8E1／8O1可選；</p><p>　　接受靈敏度高，視距可靠傳輸距離可達1200m；</p><p>　　采用FSK的方式調(diào)制，支持OOK／ASK／MSK調(diào)制；</p><p>　　載頻433MHz，可定制315

80、M／868M／915M等其他ISM頻段；</p><p>　　提供PC機配置軟件，可以靈活設(shè)置模塊的各種參數(shù)；</p><p>　　串口速率：4800／9600／19200／38400／57600／115200bps；</p><p>　　空中速率：5K／10K／20K／30K／40K／50K／77K／100K／150K／200K／250Kbps；</p>

81、;<p>　　功耗和休眠省電模式：功率＜100　mw，接收電流＜35mA，發(fā)射電流＜100mA，休眠時電流＜12uA；</p><p>　　支持多個字網(wǎng)組群工作模式，網(wǎng)絡(luò)地址配置相同的模塊間才可以相互通訊；</p><p>　　具有中繼功能，可選擇中繼節(jié)點進行傳輸，有效擴大傳輸距離；</p><p>　　支持透明傳輸方式和地址傳輸方式，可以組成點對點、

82、點對多點、對點對多點等無線通信網(wǎng)絡(luò)；</p><p>　　5V直流供電（可以選擇3.3V）；</p><p>　　3.9.2APC240無線通信模塊主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　工作頻率：433M</p><p><b>　　調(diào)制方式：FSK</b></p><p>　　發(fā)射功率：＜20dB

83、m（100mW）</p><p>　　接收靈敏度：－119dB</p><p>　　發(fā)射電流：＜35mA</p><p>　　接收電流：＜100mA</p><p>　　休眠電流：＜12uA</p><p>　　工作信道：32個頻段選擇</p><p>　　數(shù)據(jù)接口：232／485／TTL串口&

84、lt;/p><p>　　數(shù)據(jù)格式：8N1／8E1／8O1</p><p>　　串口速率：4800／9600／19200／38400／57600／115200bps</p><p>　　空中速率：5K／10K／20K／30K／40K／50K／77K／100K／150K／200K／250Kbps硬件接口：2.0插針／插座</p><p>　　通訊距離

85、：0-700米（10dbm，10kbps，可視距離）</p><p><b>　　天線阻抗：50Ω</b></p><p>　　工作溫度：-40-85℃</p><p>　　供電方式：DC3.3V／5V</p><p>　　尺寸：32.3x54.0mm（不包括天線）</p><p>　　圖3-9無

86、線發(fā)射與接收電路</p><p>　　第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序需要有較復(fù)雜的計算（計算距離時），所以控制程序可采用C語言編程。</p><p>

87、;　　4.1超聲波測距儀的算法設(shè)計</p><p>　　超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計算公式為：</p><p>　　d=s/2=(ct)/2

88、 （4-1）</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為聲波來回所用的時間。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。</p&

89、gt;<p><b>　　4.2主程序流程圖</b></p><p>　　軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖4-1、圖4-2、圖4-3所示。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>　　定時中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(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。</p>

90、<p>　　主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時計數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，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)，需要延時約0.1ms（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因）后，才打開外中斷1接收返回的超聲波信號。</p><p>　　圖4-1主程序流程圖</p&g

91、t;<p>　　由于采用的是12MHz的晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測到接收成功的標(biāo)志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式（4-2）計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取20℃時的聲速為344m/s則有：</p><p>　　d=(ct)/2=172T0/10000cm （4-2）</p><p&

92、gt;　　其中，T0為計數(shù)器T0的計算值。</p><p>　　測出距離后結(jié)果將傳給LCD數(shù)碼顯示約5s，同時測量距離送語音模塊播報。然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計算出距離，主程序采用C語言編寫。</p><p>　　4.3超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序</p><p>　　超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P2.7端口發(fā)送2個左右超聲

93、波脈沖信號（頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時把計數(shù)器T0打開進行計時。超聲波發(fā)生子程序較簡單，但要求程序運行準(zhǔn)確。</p><p>　　圖4-2 定時中斷服務(wù)子程序</p><p>　　圖4-3 外部中斷服務(wù)子程序</p><p>　　超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進

94、入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)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1關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。</p><p>　　4.4系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試</p><p>　　超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用15的超聲波換能器tct40-10f1(T發(fā)射)和CX201

95、06A（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，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接受電路用金屬殼屏蔽起來，則可能提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C16的大小，以獲得合適的接受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

96、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0.07～5.5m，測距儀最大誤差不超過1cm。系統(tǒng)調(diào)試完后應(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>　　軟件的調(diào)試程序見附錄二</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　

97、　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

98、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。此次設(shè)計采用反射波方式。</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P2.7端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷1口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回

99、信號。顯示電路采用簡單實用的128*64液晶模塊。</p><p>　　超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機P2.7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。上位電阻R2、R3一方面

100、可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由震蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體管的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，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(dāng)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

101、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(biāo)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

102、的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C16的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。</p><p>　　超聲波測距儀的軟件設(shè)計主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計算程序運行的時間，而超聲波測距儀的程序有較復(fù)雜的計算（計算距離時），所以控制程序可采用C語言編程。超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測

103、返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)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1關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。</p><p>　　超聲波測距的算法設(shè)計原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當(dāng)這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲

104、波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離。</p><p>　　在元件及調(diào)制方

105、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)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。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C16的大小，以獲得合適的接受靈敏度和抗干擾能力。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>

106、;<p>　　首先，我要感謝我的導(dǎo)師xx老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，同時也感謝本校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計這期間所給予我的幫助。在畢業(yè)設(shè)計論文寫作期間，各位老師給我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和日常生活上的關(guān)懷，沒有您們這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計，借此機會，向您們表示由衷的感激。同時還要感謝系實驗室在畢業(yè)設(shè)計期間提供給我們優(yōu)越的實驗條件。</p><p>　　接著，我

107、要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)們。在畢業(yè)設(shè)計的短短3個月里，你們給我提出很多寶貴的意見，給予了我不少幫助還有工作上的支持，在此也真誠的謝謝你們。同時，我還要感謝我的寢室同學(xué)和身邊的朋友，真是在這樣一個團結(jié)友愛、相互促進的環(huán)境中，在和他們的相處幫助和啟發(fā)中，才有我今天的小小收獲。</p><p>　　最后我要深深地感謝我的家人，真是他們含辛茹苦地把我養(yǎng)育成人，在生活和學(xué)習(xí)上給予我無盡的關(guān)懷、理解和支持，才使我時刻充

108、滿信心和勇氣，克服成長道路上的種種困難，順利的完成大學(xué)學(xué)習(xí)。</p><p>　　還有許許多多給予我學(xué)業(yè)上鼓勵和幫助的朋友，在此無法一一列舉，在此也一并表示衷心地感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]胡平，超聲波測距儀的研制，計算機與現(xiàn)代化，2003.10</p><p>　　[

109、2]時德剛，劉嘩。超聲波測距的研制，計算機測量與控制，2002.10</p><p>　　[3]華兵。MCS-51單片機原理應(yīng)用，武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002.5。125-144</p><p><b>　　頁。</b></p><p>　　[4]李華。MCU-51系列單片機實用接口技術(shù)，北京：北京航天大學(xué)出版社，1993.6。<

110、;/p><p><b>　　376-380頁。</b></p><p>　　[5]郁有文。傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000。</p><p>　　[6]中國電子學(xué)會敏感技術(shù)分會,北京電子學(xué)會.2000/2001 傳感器與執(zhí)行器大全(年</p><p>　　卷) [M].北京:電子工業(yè)出版社,