畢業(yè)設計--超聲波測距系統(tǒng)的設計與實現

1、<p>　　超聲波測距系統(tǒng)的設計與實現</p><p>　　1 概 述 </p><p>　　從技術上看，超聲波測距系統(tǒng)在上個世紀70年代已經實用化，從70年代末期開始廣泛應用于生產領域。于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易

2、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，因此在工農業(yè)生產上到了廣泛的應用。</p><p>　　2 課題研究背景與意義</p><p>　　2.1 課題研究背景</p><p>　　超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。近年來，隨著電子測量技術的發(fā)展，運用超聲波作出精確測量已成可能。隨著經濟發(fā)展，電子測量技術應用越來越廣泛，而超聲

3、波測量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波，它屬于機械波的范疇。超聲波也遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規(guī)律，如在介質的分界面處發(fā)生反射和折射現象，在進入介質后被介質吸收而發(fā)生衰減等。正是因為具有這些性質，使得超聲波可以用于距離的測量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測距技術被廣泛應用于人們日常工作和生活之中。一般的超聲波測距儀可用于固定物位或液位的測量，適用于建筑物內部、液位高度的測量等。</

4、p><p>　　2.2 課題研究意義</p><p>　　由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛(wèi)生，更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應用于紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、水處理廠、污水處理廠、農業(yè)用水、環(huán)保檢測、食品（酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行

5、業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差</p><p>　　值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲在空氣中測距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的指標要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離和

6、方向）。因此超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應用。同時由于超聲波測距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點，因此在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應用。</p><p><b>　　3方案設計和選擇</b></p><p>　　根據本次設計的要求，方案的選擇應力求實用性強，性價比高，使用簡單。</p><p>　　3.1 超聲波測距的基本原理&l

7、t;/p><p>　　諧振頻率高于20kHz的聲波被稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。利用超聲波的這種性能就可制成超聲傳感器，或稱為超聲換能器，它是一種既可以把電能轉化為機械能、又可以把機械能轉化為電能的器件或裝置。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉換為機械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當換能器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能(機械能)轉換為電能。</p><p>　

8、　3.1.1 超聲波發(fā)生器 </p><p>　　為了研究和利用超聲波，人們已經設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 類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生 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>

9、<p>　　3.1.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 </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。超聲波發(fā)生器內部結構如圖1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，

10、這時它就成為超聲波接收器了。 </p><p>　　3.1.3超聲波測距原理 </p><p>　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停 止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2</p>

11、<p>　　最常用的超聲測距的方法是回聲探測法，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 </p><p>　　由于超聲波也是一種聲波，其聲速V

12、與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法對測量結果加以數值校正。聲速確定后，</p><p>　　只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖3-1所示：</p><p>　　超聲波發(fā)射 障礙物&l

13、t;/p><p><b>　　S</b></p><p><b>　　H</b></p><p><b>　　θ</b></p><p><b>　　超聲波接收</b></p><p>　　圖3-1 超聲波的測距原理</p>

14、<p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中:L---兩探頭之間中心距離的一半.</p><p>　　又知道超聲波傳播的距離為:</p><p><b>　　( 3-3)</b></p>

15、;<p>　　式中:v—超聲波在介質中的傳播速度;</p><p>　　t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間.</p><p>　　將（3—2）、（3—3）代入（3-1）中得：</p><p><b>　　( 3-4)</b></p><p>　　其中,超聲波的傳播速度v在一定的溫度下是一個常數(例如在溫度T

16、=30度時,V=349m/s);當需要測量的距離H遠遠大于L時,則(3—4)變?yōu)?</p><p><b>　　( 3-5) </b></p><p>　　所以,只要需要測量出超聲波傳播的時間t,就可以得出測量的距離H.</p><p>　　3.2單片機AT89S52</p><p>　　單片機一詞最初源于“Single

17、-Chip Microcomputer”，簡稱“SCM”。單片機也叫做“微控制器”或者“嵌入式微控制器”。它不是完成某一個邏輯功能的芯片（芯片也稱為集成電路塊，它是1958年9月12日，在Robert Noyce的領導下，科研小組發(fā)明集成電路后開始出現的一個名稱），而是把一個微型計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它體積小、質量輕、價格便宜，為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。近年來，微處理器已廣泛應用于多種領

18、域，尤其是在智能儀器儀表中的應用更是如此，這不僅引起了產品本身的變革，也深深地影響設計的理念的變革。智能儀器儀表作為一種智能系統(tǒng)，其核心在于微處理器。基于微處理器的智能系統(tǒng)設計，已成為目前電子設計領域的一個熱點。智能系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，一般包含微處理器、按鍵與顯示人機界面、A/D轉換、D/A轉換等基本功能部件，同時也包含與應用領域相關的其他特殊部件。智能系統(tǒng)一般需要在惡劣的環(huán)境下長期連續(xù)地工作，因此在滿足功能的基礎上，其可靠性也是設計

19、時需要考慮的一個方面，目前已經普遍應用于通信、雷達、遙控和自動控制等各個領域中。在本次畢</p><p>　　AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8

20、位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。</p><p>　　3.2.1 一般說明</p><p>　　AT89S52具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內程序存儲器，256 bytes的隨機存取數據存儲器（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

21、斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內時鐘振蕩器。</p><p>　　AT89S52的數據存儲包括256字節(jié)的內部RAM，特殊功能寄存器（SFR），2K字節(jié)的片內EEPROM和可擴展至64K的外部數據存儲器。</p><p>　　此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計

22、數器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。</p><p>　　3.2.2 極限參數 </p><p>　　表3-1 AT89S52極限參數</p><p>　　3.3 超聲波傳感器<

23、;/p><p>　　3.3.1超聲波的特性</p><p>　　聲音是與人類生活緊密相關的一種自然現象。當聲的頻率高到超過人耳聽覺的頻率極限(根據大量實驗數據統(tǒng)計，取整數為20000赫茲)時，人們就會覺察不出周圍聲的存在，因而稱這種高頻率的聲為“超”聲。人的聽覺范圍如圖2-5所示。</p><p>　　圖3-5 人的聽覺范圍 </p><p>&

24、lt;b>　　超聲波的特性有：</b></p><p><b>　?。?）束射特性</b></p><p>　　由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學上的所有定律。即超聲波射線從一種物質表面反射時，入射角等于反射角，當射線透過一種物質進入另一種密度不同的物質時就會產生折射現象，也就是要改變它的傳播方向

25、，兩種物質的密度差別愈大，則折射率也愈大。</p><p><b>　?。?）吸收特性</b></p><p>　　聲波在各種介質中傳播時，隨著傳播距離的增加，其強度會逐漸減弱，這是因為介質要吸收掉它的部分能量。對于同一介質，聲波的頻率越高，介質吸收就越強。對于一個頻率一定的聲波，在氣體中傳播時吸收尤為歷害，在液體中傳播時吸收就比較弱，在固體中傳播時吸收是最小的。&l

26、t;/p><p>　　（3）超聲波的能量傳遞特性</p><p>　　超聲波之所以能在各個工業(yè)部門中得到廣泛的應用，主要原因還在于比聲波具有強大得多的功率。為什么有這么強大的功率呢?因為當聲波進入某一介質中時，由于聲波的作用使物質中的分子也隨之振動，振動的頻率和聲波頻率—樣，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。物資分子由于振動所獲得的能量除了與分子本身的質量有關外，主要是由分

27、子的振動速度的平方決定的,所以如果聲波的頻率愈高，也就是物質分子愈能得到更高的能量。超聲波的頻率比普通聲波要高出很多，所以它可以使物質分子獲得很大的能量；換句話來說，超聲波本身就可以供給物質分子足夠大的功率。 </p><p>　　（4）超聲波的聲壓特性</p><p>　　當聲波進入某物體時,由于聲波振動使物質分子相互之間產生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產生變化。由于聲波振動引起

28、附加壓力現象叫聲壓作用。</p><p>　　3.3.2 超聲波換能器</p><p>　　完成產生超聲波和接收超聲波這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲波探頭。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。小功率超聲探頭多用作探測方面。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（

29、一個探頭反射、一個探頭接收）等。</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。構成晶片的材料可以有許多種。由于晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能都是不同的，我們使用前必須預先了解清楚該探頭的性能參數。</p><p>　　超聲波傳感器的主要性能指標包括：</p><p>　?。?）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共

30、振頻率。當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?！　。?）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，需要單獨的制冷設備?！　。?）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高。</p><p>　　人類能聽到的聲音頻率范圍為：20Hz～20kHz

31、，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下頻率的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上頻率的聲音稱為超聲波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，為340m／s，這就使得超聲波傳感器使用變得非常簡便。我們選用壓電式超聲波傳感器。它的探頭常用材料是壓電晶體和壓電陶瓷，是利用壓電材料的壓電效應來進行工作的。逆壓電效應將高頻電振動轉

32、換成高頻機械振動，從而產生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而利用正壓電效應，將超聲振動波轉換成電信號，可作為接收探頭。</p><p>　　為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多種超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器大體可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不

33、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>　　共振板gon </p><p>　　電極 電極</p><p>　　圖3-6超聲波傳感器結構</p><p>　　壓電式

34、超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內部結構如圖所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。如圖4-4所示。</p><p><b>　　3.4 CA

35、D簡介</b></p><p>　　CAD在早期是英文Computer Aided Drafting (計算機輔助繪圖)的縮寫，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，人們逐步的認識到單純使用計算機繪圖還不能稱之為計算機輔助設計；真正的設計是整個產品的設計，它包括產品的構思、功能設計、結構分析、加工制造等。二維工程圖設計只是產品設計中的一小部分；于是CAD的縮寫也由Computer Aided Drafting

36、 改為 Computer Aided Design（計算機輔助設計），CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個產品的輔助設計。早在20世紀70年代軍工部門就是利用計算機來完成飛機，火箭等航空，航天器的設計工作。電子線路CAD的基本含義是使用計算機來完成電子線路的設計過程，包含電路原理圖的編輯，電路功能的仿真，工作環(huán)境的模擬，印制板的設計（自動布局，自動布線）與檢測等等。電子線路CAD軟件還能迅速形成各種各樣的報表文件，如元件清單報表，為元器

37、件的采購及工程欲算等提供了方便，便于新型電子器件和集成電路的應用。</p><p>　　隨著電子技術的飛速用日趨廣泛，電子電路也變得越來越復雜，這給電路的設計工作帶來更的難度。因此通過計算機進行電子電路的輔助設計成為設計制作電路板的一個基本手段。Protel99SE是澳大利亞Protel Technology公司于2000年推出的一款基于Windows 95/98以上環(huán)境下的全32位EDA（Electronic

38、Design Automation 電子設計自動化）道路設計自動化軟件，是一個客戶/服務器應用程序。而且Protel99SE包含眾多的服務器程序，總體上可以分為5種，分別為：原理圖設計、PCB設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設計。由于其性能優(yōu)越，Protel99SE已經成為電路設計不可缺少的理想輔助設計工具。</p><p><b>　　4 硬件電路設計</b&

39、gt;</p><p>　　介紹了本設計方案選擇的情況，下面將著重按照前面所分析和采用的設計方案來完成具體的電路設計。</p><p>　　4.1 整體電路設計</p><p>　　整體電路的控制核心為單片機AT89S52。超聲波發(fā)射和接收電路中都對相應信號進行整形及放大，以保證測量結果盡可能精確。超聲波探頭接OUT口實現超聲波的發(fā)射和接收。另外還有溫度測量電路測量

40、當時的空氣溫度，等到把數據送到單片機后使用軟件對超聲波的傳播速度進行調整，使測量精度能夠達到要求。整體結構圖包括超聲波發(fā)射電路,超聲波接收電路,單片機電路,顯示電路與溫度測量電路等幾部分模塊組成。而超聲波發(fā)射與接收電路還要加入放大電路。在發(fā)射后把信號放大，接收前也要把還再次放大。</p><p>　　整體電路結構圖如圖4-1。</p><p>　　圖4-1超聲波測距原理圖</p>

41、;<p>　　單片機發(fā)出40kHZ的信號，經放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經放大器放大，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，再由軟件進行判別、計算，得出距離數并送LED顯示。</p><p>　　圖4-2 超聲波發(fā)送原理圖</p><p>　　4.2超聲波測距系統(tǒng)設計</p><p>　　4.2.

42、1 超聲波發(fā)射器的注意事項</p><p>　　超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物反射后立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出超聲波發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即為：s=340t/2，這就是所謂的時</p><p><b>　　間

43、差測距法。</b></p><p>　　存在4個因素限制了該系統(tǒng)的最大可測距離：超聲波的幅度、反射的質地、反射回波和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。</p><p>　　測距誤差主要來源于以下幾個方面：</p><p>　?。?）超聲波波束對探測目標的入射角的影響；</p><p>　　（2）超聲波回波聲強與待測距離的遠

44、近有直接關系，所以實際測量時，不一定是第一個回波的過零點觸發(fā)；</p><p>　?。?）超聲波傳播速度對測距的影響。穩(wěn)定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，波的傳播速度取決于傳播媒質的特性。傳播媒質的溫度、壓力、密度對聲速都將產生直接的影響，因此需對聲速加以修正。</p><p>　?。?）由于超聲波利用接收發(fā)射波來進行距離的計算，因而不可避免地存在發(fā)射和反射之間的夾角，其大小

45、為2，當很小的時候，可直接按式進行距離的計算；當夾角很大的時候，必須進行距離的修正，修正的公式為：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　實際的調試過程中，要十分注意發(fā)射和接收探頭在電路板上的安裝位置，這是因為每一種超聲波發(fā)射、接收頭都有一個有效測量夾角，這里用到的發(fā)射、接收頭有效測量夾角為45°。</p><

46、;p>　　接收換能器對超聲波脈沖的直接接收能力將決定該系統(tǒng)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／接收的設計方法。</p><p>　　4.2.2 超聲波發(fā)射電路</p><p>　　超聲波測距技術經過幾年的研究和發(fā)展，已經有了很多比較成熟的技術和設計方案，使本次設計能有很多可借鑒的資料，從中學到了很多寶貴的知識。對自己設

47、計電路有很大幫助。</p><p>　　超聲波發(fā)射電路，要求功率盡量大些，發(fā)射距離大于1.5米，電路力求簡單實用。我參考電路圖如圖4-3,4-4,4-5,4-6。吸取幾個圖的優(yōu)點而避免他們的缺點，然后結合分析設計超聲波的發(fā)射與接收電路。</p><p>　　40kHZ超聲波發(fā)射電路之一，電路中晶體管VT1、VT2組成強反饋穩(wěn)頻振蕩器，振蕩頻率等于超聲波換能器T40-16的共振頻率。T40-

48、16是反饋耦合元件，對于電路來說又是輸出換能器。T40-16兩端的振蕩波形近似于方波，電壓振幅接近電源電壓。S是電源開關，按一下S，便能驅動T40-16發(fā)射出一串40kHZ超聲波信號。電路工作電壓9V，工作電流約25mA。發(fā)射超聲波信號大于8m。電路不需調試即可工作。這樣電路很簡單與實用。</p><p>　　圖4-3 40khz超聲波發(fā)射電路</p><p>　　40kHZ超聲波發(fā)射電

49、路之二，由VT1、VT2組成正反饋回授振蕩器。電路的振蕩頻率決定于反饋元件的T40-16，其諧振頻率為40kHZ±2kHZ。頻率穩(wěn)定性好，不需作任何調整，并由T40-16作為換能器發(fā)出40kHZ的超聲波信號。電感L1與電容C2調諧在40kHZ起作諧振作用。本電路適應電壓較寬（3~12V），且頻率不變。電感采用固定式，電感量5.1mH。整機工作電流約25mA。發(fā)射超聲波信號大于8m。</p><p>　　

50、圖4-4 40khz超聲波發(fā)射電路</p><p>　　40kHZ超聲波發(fā)射電路之三，它主要由四與非門電路完成振蕩及驅動功能，通過超聲換能器T40-16輻射出超聲波去控制接收機。其中門YF1與門YF2組成可控振蕩器，當S按下時，振蕩器起振，調整RP改變振蕩頻率，應為40kHZ。振蕩信號分別控制由YF4、YF3組成的差相驅動器工作，當YF3輸出高電平時，YF4一定輸出低電平；YF3輸出低電平時，YF4輸出高電平。

51、此電平控制T40-16換能器發(fā)出40kHZ超聲波。電路中YF1~YF4采用高速CMOS電路74HC00四與非門電路，該電路特點是輸出驅動電流大（大于15mA），效率高等。電路工作電壓9V，工作電流大于35mA，發(fā)射超聲波信號大于10m。</p><p>　　圖4-5 40khz超聲波發(fā)射電路</p><p>　　40kHZ超聲波發(fā)射電路之四，由LM555時基電路及外圍元件構成40kHZ多

52、諧振蕩器電路，調節(jié)電阻器RP阻值，可以改變振蕩頻率。由LM555第3腳輸出端驅動超聲波換能器T40-16，使之發(fā)射出超聲波信號。電路簡單易制。電路工作電壓9V，工作電流40~50mA。發(fā)射超聲波信號大于8m。LM555可用NE555直接替代，效果一樣。 </p><p>　　經過認真仔細的考慮和分析，本人選擇使用NE555加外圍電路構成多諧振蕩器來產生頻率為40KHz的方波，再經過整形放大后來驅動超聲波發(fā)射器發(fā)出

53、超聲波。 </p><p>　　NE555是一種用途很廣的時基單元集成電路，其工作電壓范圍較寬，可在4.5～18V范圍內工作，其驅動電流可達200mA。NE555的內部中心電路是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。輸入控制端有直接復位Reset端，通過比較器A1，復位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，另外還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權是R、T、TH。利用NE555可以組成

54、相當多的應用電路，甚至多達數百種應用電路，在各類書刊中均有介紹，例如家用電器控制裝置、門鈴、報警器、信號發(fā)生器、電路檢測儀器、元器件測量儀、定時器、壓頻轉換電路、電源應用電路、自動控制裝置及其它應用電路都有著廣泛的應用，這是因為NE555巧妙地將模擬電路和數字電路結合在一起的緣故。</p><p>　　圖4-6 40khz超聲波發(fā)射電路</p><p>　　圖4-7 555內部結構與引腳

55、</p><p>　　本次設計中NE555電路的工作原理是：單片機TXD口發(fā)出低電平，三極管Q5為PNP管所以導通，C極向外輸出高電平。555芯片8腳接到高電平開始工作，4腳被拉高，多諧振蕩電路不工作，當接到單片機的低電平信號后振蕩器開始工作。 Vcc經外接電阻R1和R2向電容C充電，當C上的電壓Vc上升到2Vcc/3時，反相比較器A1翻轉輸出低電平，RS觸發(fā)器復位，即V＝0，3腳輸出為“0”，則三極管導通，C經

56、三極管和P1放電，當Vc下降到Vcc/3時，同相比較器A2翻轉輸出低電平，即S＝0，RS觸發(fā)器置位，3腳輸出變?yōu)椤?”，三極管又截止，C又開始充電，如此周而復始，輸出端便可獲得周期性的矩形脈沖波，NE555的內部電路。由電路可知電容C的放電時間t1＝R2Cln2，充電時間t2＝（R1+R2）Cln2，即可得出輸出脈沖的頻率為：f＝1/t1+t2。所以調節(jié)R1和R2即可改變脈沖頻率使之等于40KHz。如圖4-6所示。</p>

57、<p>　　圖4-8 方波產生電路</p><p>　　為了使40KHz的方波信號更為可靠，要對其進行整形及放大。信號由NE555的3腳向外輸出，經過二極管D2整形，濾去低于低電平 的部分，只保留零電平以上部分。整形后的信號經由三極管Q1、Q2放大，此時的信號已經很可靠，可以滿足本次設計的需要。信號由OUT口輸出，送入超聲波探頭中。此外在超聲波發(fā)射電路中還加入了消除余振部分以保證電路可以更好的為超聲波

58、發(fā)射器提供信號，也使測量結果更為精確。因為超聲波探頭是一個感性元件，在一定程度上會表現出電感的性質。所以當發(fā)射電路停止向其輸入脈沖信號后，如果沒有合適的能量釋放回路，則在其感性的作用下，超聲波探頭內部振蕩仍會持續(xù)一段時間，仍然發(fā)射超聲波，會對測量結果產生影響。加入這個電路就是為了在停止發(fā)送超聲波的時候將發(fā)射器內部的能量釋放到地，使其立即停止工作。單片機控制發(fā)送超聲波的TXD口和消除余振的INT0口都是P3口的低四位，只需要由程序控制兩個

59、管腳輸出相同的電平。在TXD口為高電平時停止發(fā)射超聲波，此時INT0口也為高電平，使得三極管Q3導通，即打開消除余振功能，將剩余的能量接地。兩個動作幾乎是同時的，可以提高此后計時的準確性。電路如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9方波消除余波電路</p><p>　　圖4-10 發(fā)射電路模塊</p><p>　　4.2.3 超聲波接收電路</p>

60、<p>　　在本次設計中選擇了前置放大電路＋帶通濾波電路＋后級放大電路的類似電路。通過波形整形，積分器，檢波器，帶通濾波，限幅放大和前置放大等實現接收超聲波的功能。如圖4-11所示：</p><p>　　由于在距離較遠的情況下，超聲波的回波很弱，因而轉換為電信號的幅值也較小，為此要求將信號放大60萬倍左右。如圖4-11所示電路有三級放大：前兩級種放大100倍，采用高速精密放大器LM318， 其帶寬為

61、15MHz，放大倍數為100倍時，能充分滿足要求；第三級采用LF353運算放大器，帶寬為4MHz，對于62倍的放大倍數，能充分滿足條件。放大后的交流信號經光電隔離送入比較器，比較器的作用是將交流信號整形輸出一個方波信號，此方波信號上升沿使D觸發(fā)器觸發(fā)，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務程序中，讀取時間計數器的計數值，并結合溫度換算出的速度算出發(fā)射到接收的距離如圖4-12所示：</p><p>　　圖4-11 40KH

62、z超聲波接收電路</p><p>　　圖4-12 40KHz超聲波接收電路</p><p>　　圖4-12所示電路為雙穩(wěn)態(tài)超聲波接收機電路，由VT5、VT6及相關輔助元件構成雙穩(wěn)態(tài)電路，當VT4每導通一次（發(fā)射機工作一次），觸發(fā)信號經C7、C8向雙穩(wěn)電路送進一個觸發(fā)脈沖，VT5、VT6狀態(tài)翻轉一次，當VT6從截止狀態(tài)轉變成導通狀態(tài)時，VD5截止，VT7截止，繼電器K釋放； 當再來一個觸發(fā)信

63、號時，VT6由導通轉變?yōu)榻刂範顟B(tài)，VD5導通，VT7導通，繼電器K吸合......由于增加了雙穩(wěn)電路，使之用于電燈、電扇、電視等電器遙控成為現實。調試時，在a點與+16V（電源）之間用導線快速短路一下后松開，繼電器應吸合（或釋放），再短路一下松開，繼電器應釋放（或吸合），如果繼電器無反應，請檢查雙穩(wěn)電路元件焊接質量和元件參數。再加上設計中所選用的超聲波探頭里已經集成了上述超聲波接收電路，一般情況下一次即可成功。</p>&

64、lt;p>　　為了測量結果的準確性，對于超聲波探頭接收到的信號同樣需要進行處理。探頭收到的回波信號經OUT口回到電路中，經過電容C10耦合，只保留測距需要的交流信號。電路中加入二極管D1同樣是因為上面提到的探頭的感性。由于感性的存在，在停止發(fā)送超聲波的那一刻，OUT口會出現一個反向電動勢，即電位低于地電位。這樣，如果沒有二極管保護，這個反向電動勢將會全部加在三極管Q4的b-e結上，如果探頭的感性比較強，其反向電動勢足以將b-e結擊

65、穿。二極管D1提供了一個電流的瀉放電路，也可以說是將反向電動勢降到最小（0.7V左右），保護三極管及其他電路。電容C9對經過三極管的信號進一步整形，去掉信號波形中的毛刺，使波形更好。電阻R5起一個上拉電阻的作用，因為回波信號經過濾波后很可能會衰減的很嚴重，所以利用R5將其幅度上拉到5V，以便單片機更好的檢測回波信號。</p><p>　　CX20106是一款應用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)

66、越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz比較接近，而且CX20106內部設置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60 kHz。故本次設計用它來做接收電路。CX20106內部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構成。</p><p>　　圖4-13超聲波回波信號整形電路</p>

67、;<p>　　圖4-14 40KHz超聲波接收電路</p><p>　　4.3 顯示電路設計</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，LED數碼管的顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I／O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數據時,再發(fā)送新的字形碼

68、，因此，使用這種方法較為簡單與便利。可以提供單獨鎖存的I／O接口電路很多，常用的就是通過串口外接串并轉換器74LS164，擴展并行的I／O口。需要幾個數碼管就擴展幾個并行接口，數碼管直接接在74LS164的輸出腳上，單片機通過串口將要顯示數據的字形碼逐一的串行移出至74LS164的輸出腳上數碼管就可以顯示相應的數字。</p><p>　　在顯示電路的設計上，利用單片機的P0～P2口來控制數碼管顯示，這種接法雖然比

69、較浪費管腳資源，但是對單片機的理論知識要求相對比較低，而且超聲波發(fā)射和接收電路并不需要很多的管腳來支持，所以我選擇這種方案。數碼管的選擇上，為了使數碼管亮度大，本人選擇了共陽極的數碼管，數碼管管腳接到低電平發(fā)亮。顯示及其驅動電路的原理圖見圖4-15。</p><p>　　圖4-15 數碼管顯示電路</p><p>　　4.4 穩(wěn)壓電源設計</p><p>　　因為本

70、次設計的元器件都可以使用+12V或是+5V的電源來驅動，所以我制作了一個穩(wěn)壓電源，它使用三端集成穩(wěn)壓器CW7812和CW7805來設計。通過變壓器的直流電通過由二極管組成的橋式整流電路進入三端穩(wěn)壓元件，CW7812和CW7805分別為電路提供穩(wěn)定的12V和5V直流電源。極性電容起濾波電容的作用，非極性電容則可以改善負載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。如圖4-16所示：</p><p><b>　　圖4-16

71、穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　圖4-17 單片機電路</p><p>　　4.5硬件電路設計優(yōu)化</p><p>　　4.5.1 提高測距的范圍</p><p>　　由于空氣對超聲波的吸收與超聲波頻率成正比，因此用來測距的超聲波的頻率不能很高。另一方面，頻率越低，波長越長，測量的絕對誤差就越大。所以，40Kz的超聲波單頻

72、測距的范圍只有5～6米，無法滿足我們的要求。為了解決測量范圍和測量精度之間的矛盾，我們采用雙頻測距的方法。其測距原理是：控制器現發(fā)出一串頻率為fH的超聲波，串長度可以有10～16個完整的波形，接著送出4～8fL低頻率的超聲波。這種在時域上連續(xù)的兩種頻率的超聲波被前方的目標反射后，形成回波，回波經由接收器形成回波脈沖EchoH和EchoL。由于高頻聲波先發(fā)出，對于同一個目標，其回波EchoH先到達CPU，因此，對于較近的目標，首先用高頻超

73、聲波探測。當目標較遠時，高頻超聲波被空氣吸收而大幅衰減，接收器接收到的回波中只有低頻超聲波EchoL。由于該裝置在距離較遠時對精度要求不是很高，所以可以用EchoL探測。如圖4-17所示：</p><p>　　圖4-17 雙頻超聲波測距工作時序圖</p><p>　　t0、t1分別為高、低超聲波發(fā)射的開始時間，t2、t3為高、低超聲波回波到達的時間，所測得的距離分別為：</p>

74、<p>　　D1=c(t2-t0)/2 (4-1) </p><p>　　D2=c(t3-t1)/2 (4-2) </p><p>　　經試驗可知，用雙頻超聲波發(fā)射，量程可達到25m。 </p>

75、<p>　　4.5.2 發(fā)射探頭和接收探頭間的影響 </p><p>　　超聲波從發(fā)射到接收的時間間隔是由控制器內部的定時器來完成的。由于發(fā)射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經被測物就直接繞射到接收器上，造成發(fā)送部分與接受部分的直接串擾問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發(fā)射開始到"虛假反射波"結束的時間段里的信號。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面

76、也形成了20cm左右的“盲區(qū)”。 </p><p>　　4.5.3 超聲波的衰減</p><p>　　超聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加，其能量逐漸減弱，這種現象叫超聲波的衰減。引起超聲波衰減的主要原因有：

77、 </p><p>　?。?）擴散衰減:超聲波在傳播過程中，由于聲束的擴散能量逐漸分散，從而使單位面積內超聲波的能量隨傳播距離的增加而減弱。超聲波的聲壓和聲強均隨至聲源的距離的增加而減弱。 </p><p>　?。?）散射衰減:當聲

78、波要傳播過程中遇到由不同聲阻抗介質所組成的界面時，就將產生散亂反射，從而損耗了聲波的能量，被散射的超聲波在介質中沿著復雜的路徑傳播下去，最終變?yōu)闊崮堋?（3）粘滯衰減:聲波在介質中傳播時，由于介質的粘滯性造成近質點之間的內摩擦從而使一部分聲能轉化熱能。同時，由于介質的熱傳導，介質的稠密和稀疏部分之間進行熱交換，從而導致聲能的

79、損耗，這就是介質的吸收現象。</p><p>　　超聲波的衰減有兩種表示方法。一種是用底波多次反射的次數來表示。這種方法僅能粗略地比較聲波在不同材料中的衰減程度，也就是對同樣厚度的不同材料在同樣的儀器靈敏度下，觀察它們的底面反射波的次數，底波次數多的材料，說明聲波在該材料中衰減少，底波次數少，則聲波衰減比較嚴重。另一種是理論上定量計算的表示方法，即用衰減系數來表示聲波的衰減。</p><p&g

80、t;　　4.5.4 系統(tǒng)干擾因素</p><p>　　測量裝置的干擾來自多方面。機械振動或沖擊會對傳感器產生嚴重的干擾;光線對測量裝置中的半導體器件會產生干擾;溫度的變化會導致電路參數的變動，產生干擾:以及電磁干擾等等。干擾竄入測量裝置有三條主要途徑，如圖4-18：</p><p>　　圖4-18 產生誤差的途徑</p><p><b>　?。?）電磁干擾

81、</b></p><p>　　干擾以電磁波輻射的方式經空間竄入測量裝置。信道干擾。信號在傳播過程中，通道中各元器件產生的噪聲或非線性畸變所造成的干擾。</p><p><b>　?。?）電源干擾</b></p><p>　　這是由于電源波動、市電電網干擾信號的竄入以及裝置供電電源電內阻引起各單元電路相互禍合造成的干擾。一般情況下，電

82、磁感應和靜電感應干擾主要由發(fā)電機、電動機、大功率繼電器、電臺等的感應引起，其強度遠小于電源接地系統(tǒng)和U0系統(tǒng)的干擾，這種干擾可采用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以抑制。因此，在微機系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)與v0通道的干擾是問題的主要方面。</p><p>　?。?）供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾</p><p>　　由于供電電網面對各種用戶，電網上并聯(lián)著各種各樣的用電器。用電器在開關機時都會給電網帶來

83、強度不一的電壓跳變。這種跳變的持續(xù)時間很短，人們稱之為尖峰電壓。它會影響測量裝置的正常工作。</p><p><b>　　（4）電網電源噪聲</b></p><p>　　把供電電壓跳變的持續(xù)時間At> ls者稱為過壓和欠壓噪聲。供電電網內阻過大或網內用電器過多會造欠壓器聲。供電電壓跳變的持續(xù)時間lms<At<ls ，稱為浪涌和下陷噪聲。它主要產生于感

84、性用電器(如電機)在開關機時所產生的感應電動勢。供電電壓跳變時間的持續(xù)時間At< lm s的被稱為尖峰噪聲。</p><p>　　（5）供電系統(tǒng)的抗干擾</p><p>　　供電系統(tǒng)常采用下列幾種抗干擾措施:</p><p>　?、?交流穩(wěn)壓器。它可消除過壓、欠壓所造的影響，保證供電的穩(wěn)定。</p><p>　?、?隔離穩(wěn)壓器。由于浪涌

85、和尖峰噪聲主要成份是高頻分量，它們不通過變壓器級線圈之間的互感禍合，而是通過線圈寄生電容禍合。隔離穩(wěn)壓器初次級間用屏蔽層隔離，減少級間禍合電容，從而減少高頻噪聲的竄入。</p><p>　　③ 低通濾波器。它可濾去大于50Hz市電基波的高頻干擾。對于50HZ市電基波 ， 則通過整流濾波后也能夠完全濾除。</p><p>　　④ 獨立功能塊單獨供電。在電路設計時，有意識地把各種不同功能塊的電

86、路單獨設置供電系統(tǒng)電源。這樣做基本可消除各單元電路因共用電源而引起相互耦合所造成的干擾.在本系統(tǒng)中就采用了這種電源的配置。接地系統(tǒng)的設計測量裝置中的地線是所有電路公共的零電平參考點。理論上，地線上所有的位置的電平應該相同。然而，由于各個地點之間必須用具有一定電阻的導線連接，一量有地電流流過時，就有可能使各個地點的電位產生差異。同時，地線是所有信號的公共點所有信號電流都要經過地線。這就可能產生公共地電阻的禍合干擾。地線的多點相也會產生環(huán)電

87、流.環(huán)路電流會與其它電路產生禍合。所以，認真設計地線和接地點對于系統(tǒng)的穩(wěn)定是十分重要的。</p><p>　　4.5.5 溫度對超聲波測距的影響</p><p>　　在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。下面公式是超聲波傳播速度與空氣溫度的關系。</p><p>　　V = 331．4 + 0．607T &

88、lt;/p><p>　　式中，T為實際溫度單位為℃，v為超聲波在介質中的傳播速度單位為m／s。</p><p>　　表 4-1 超聲波波速與溫度的關系表</p><p>　　由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同，為提高系統(tǒng)的精度，采用了溫度補償功能。這里采用的主要元器件是是美國Dallas半導體公司生產的單總線數字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、

89、線路簡單等特點。將DS18B20數據線與單片機的P1.1口相連，就可以實現溫度測量，如圖5-3</p><p>　　圖4-19 溫度測量芯片</p><p><b>　　5 軟件設計</b></p><p>　　本設計的軟件設計部分十分的重要，距離的換算與顯示，就連部分硬件電路不能完成的濾波也要靠程序來完成。而且程序的設計也是本設計的難點。&l

90、t;/p><p>　　5.1 程序完成的功能</p><p>　　本次設計的程序需要完成的功能有：</p><p>　　（1）超聲波的發(fā)射和接受控制</p><p><b>　?。?）消除余振</b></p><p>　?。?）對回波信號的檢測</p><p>　　（4）測距時

91、間到距離的換算</p><p><b>　　（5）距離的顯示</b></p><p>　?。?）對距離進行判斷</p><p>　　5.2 編程語言的選擇</p><p>　　在編程語言的選擇上，我主要考慮使用我所學過的匯編語言和C語言。下面將對匯編語言與C語言的特點進行比較。</p><p>　

92、　匯編語言是一種面向機器的低級的程序設計語言。它直接利用機器提供的指令系統(tǒng)編寫程序，該類程序的可執(zhí)行指令是與機器語言程序的指令一一對應的。匯編語言由于是面向機器的程序設計語言，與具體的計算機硬件有著密切的關系，因此，可移植性差。但由于匯編指令與機器語言指令一一對應，即一條匯編語言的可執(zhí)行指令對應著一條機器語言指令，反之亦然。因此，匯編語言可直接利用機器硬件系統(tǒng)的許多特性，如寄存器、標志位以及一些特殊指令等，具有執(zhí)行速度快、占用內存少等優(yōu)

93、點。匯編語言的缺點是程序的通用性和可移植性差；程序比較繁瑣，調試困難；目標程序比較龐大，運行速度慢。</p><p>　　C語言是一種編譯型的程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數，運算速度快，編譯效率高，有良好的可移植性，而且可以直接實現對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結構化設計語言，支持支持由頂向下結構化程序設計技術。C語言的模塊化程序結構可以使程序模塊實現共享

94、。在C語言的可讀性方面更容易借鑒前人的開發(fā)經驗，提高程序的開發(fā)水平。</p><p>　　C語言應用于單片機編程出了上述特點外，還有以下突出特點：編譯器可以自動完成變量存儲單元的分配，省去了分配和紀錄存儲單元的繁瑣；不必對單片機和硬件接口的結構有很深入的了解，省去了單片機漫長的學習時間；具有良好的可移植性，只要將程序略加改動就可以將其應用與其他類型的單片機，省去了更改單片機型號時重新編寫程序的無奈。因此利用C語言

95、編寫程序可以大大縮短目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)周期，程序的可讀性明顯增加，便于改進、擴充、研制規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。C語言的缺點是生成目標代碼比較大，但隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，片內ROM的空間做到16/32 KB的已經很多，所以代碼較大已經不是重要的問題了。目前，支持硬斷點的單片機仿真器已能很好的進行C語言程序調試，為使用C語言進行單片機編程提供了便利條件。因此，利用C語言進行程序設計已成為單片機開發(fā)、應用的必然趨勢。</p&

96、gt;<p>　　綜合以上對兩種編程語言特點的比較，并考慮到單片機之間采用串行數據傳送，采用C語言編寫的話又可以簡化許多使用匯編語言時進行浮點運算的不便。再加上本人對C語言程序更加熟悉一點，所以最終決定使用C語言為本次設計的編程語言。</p><p>　　5.3 主要部分程序流程圖</p><p><b>　　如圖5-1所示</b></p>

97、<p>　　5.4 實現重要功能的程序的分析</p><p>　　5.4.1實現溫度讀取功能</p><p>　　uint Read_Temperature(void) //讀取溫度,返回整數值</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint c;<

98、/b></p><p>　　reset(); //復位18b20芯片</p><p>　　tu=0; //先置位溫度正負標示為正</p><p><b>　　if(r)</b></p><p><b>　　{</b></p>

99、<p>　　write(0xCC); // 跳過多傳感器識別skio rom</p><p>　　write(0xBE); //發(fā)讀內部9字節(jié)內容指令</p><p>　　c=read(); //讀兩個字</p><p>　　reset(); //讀完兩

100、個字節(jié)后復位</p><p>　　write(0xCC); // 跳過多傳感器識別skio rom</p><p>　　write(0x44); // 發(fā)啟動溫度變換指令</p><p>　　圖5-1 程序流程框圖</p><p>　　if(c>0x1000){c=c+1;tu=1;} //若

101、溫度小于0,tu=1</p><p>　　c>>=4; //去掉低四位即為整數溫度值，無需*0.0625</p><p><b>　　return c;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else{return r; }

102、 //返回0XFF表示未檢測到18B20芯片</p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.4.2實現根據溫度轉化聲速</p><p>　　int C_speed(void) //根據溫度查算聲速值</p><p><b>　　{</b&g

103、t;</p><p><b>　　uchar y;</b></p><p>　　y=Read_Temperature(); //采溫度</p><p>　　if(r){ //若溫度有變化則按溫度值取聲速</p><p><b>　　{</b></p>

104、;<p>　　T_C=y; //溫度值＝變化后的溫度值</p><p>　　if(tu==0)speed=332+T_C*0.607; //溫度為正則+聲速</p><p>　　else speed=332-T_C*0.607; //溫度為負則-聲速</p><p><b>　　}</b>&l

105、t;/p><p>　　}else speed=346.5; //若1820不存在即無法讀取溫度，聲 </p><p>　　速＝346.5M/S（取25度）</p><p>　　return speed;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　5.4.3實現距離計算&l

106、t;/p><p>　　float Dis_count()//距離計算函數</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　float cm;</b></p><p>　　cm=TH1*256+TL1;</p><p>　　cm-=7610;

107、 //減去限制10M的初值+可調誤差值</p><p>　　cm*=speed; //計算距離uS*34650m</p><p>　　cm/=20000; //轉換為s 單程</p><p>　　return cm;</p><p><b>　　}</b></p><

108、;p>　　5.4.4 主函數的結構與內容</p><p>　　void main(void) //主函數</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar w;</b></p><p>　　Read_Temperature();

109、 //先采一次溫度</p><p>　　for(w=11;w<255;w--) //啟動顯示9~0，H~A，-</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LED_Data=LED0[w];</p><p>　　led_1H=0;led_2H=0;led_3H=0;</p>