基于溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距設(shè)計(jì)(共33頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄 1緒論1.1設(shè)計(jì)目的 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，超聲波在機(jī)械制造、石油化工、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。超聲波測(cè)距作為一種非接觸式距離測(cè)量方法，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單、成本低；同時(shí)，還具有易于定向發(fā)射、方向性好、對(duì)人體傷害小等特點(diǎn)。上述優(yōu)勢(shì)使得與超聲波測(cè)距領(lǐng)域相關(guān)的儀器設(shè)備在數(shù)據(jù)處理、檢測(cè)性能和工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)化等方面有了更大的發(fā)展空間。利用超聲波定位技術(shù)是蝙蝠等一些無(wú)目視能力的生物作為防御天敵及捕獲獵物的生存手段, 這些生物體可發(fā)射人們聽不到的超聲波 ( 20KH 以上的機(jī)械波) ,借助空氣介質(zhì)傳播, 根據(jù)獵物或障礙物反射回

2、來(lái)的回波的時(shí)間間隔及強(qiáng)弱,判斷獵物的性質(zhì)或障礙物的位置。在影響超聲波測(cè)距誤差的因素中，溫度的影響是比較大的，超聲波的傳播速度在不同的溫度下是不同的，那就要得出其傳播速度與環(huán)境溫度t的關(guān)系式。因此用常溫下的超聲波速度341m/s來(lái)計(jì)算不同溫度環(huán)境下的超聲波測(cè)距的距離是有很大誤差的。為了提高測(cè)距精度，我們必須對(duì)超聲波的速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，用溫度傳感器測(cè)環(huán)境溫度的數(shù)值，從而得到改環(huán)境下的超聲波速度1.2設(shè)計(jì)意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，交通運(yùn)輸業(yè)的日益興旺，汽車數(shù)量的越來(lái)越多。交通擁擠的狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件也經(jīng)常的發(fā)生，造成了很嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)一種

3、響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)事在必行，最常見的一種測(cè)量距離的方法是超聲波測(cè)距，應(yīng)用于汽車的近距離防撞。還有城市的快速發(fā)展，排水系統(tǒng)往往落后于城市建設(shè)，經(jīng)常出現(xiàn)已經(jīng)建設(shè)好建筑設(shè)施再重新開挖排水設(shè)施的情況，這樣經(jīng)常會(huì)造成城市污水的到處排放，影響城市衛(wèi)生，針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)污水疏通移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)是非常必要的，而這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)核心就是超聲波測(cè)距。以上舉得只是超聲波應(yīng)用領(lǐng)域中的一小部分的例子，當(dāng)今生活中還有很多方面需要用到超聲波測(cè)距，來(lái)解決人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降膯?wèn)題，因此設(shè)計(jì)一款超聲波測(cè)距儀是非常重要的一件事。1.3系統(tǒng)功能超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)要求如下：1) 測(cè)量范圍小于等于5米

4、2) 測(cè)量誤差小于0.3cm3) 進(jìn)行溫度補(bǔ)償4) 以LCD顯示溫度和距離 2設(shè)計(jì)方案2.1方案設(shè)計(jì) 利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，其測(cè)量精度也能達(dá)到使用要求。超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波，一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。目前在近距離測(cè)量方面常用的是壓電式超聲波換能器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LCD數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。單片機(jī)發(fā)出 40kHz 的信號(hào)經(jīng)放大后通過(guò)超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收

5、到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動(dòng)單片機(jī)中斷程序，測(cè)得時(shí)間為 t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送 LCD 顯示。2.2方案論證方案一：基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距方案，基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距是以單片機(jī)編程產(chǎn)生40KHZ的頻率，經(jīng)過(guò)發(fā)射驅(qū)動(dòng)放大，使發(fā)射端發(fā)射超聲波，經(jīng)被測(cè)物反射回來(lái)，通過(guò)反射電路，放大，整形，處理，測(cè)出距離。方案二：基于CPLD的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。基于CPLD的超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用CPLD器件控制超聲波的發(fā)射與接收，從而計(jì)算出測(cè)量的距離，其運(yùn)用VHDL編寫程序，并且配合MAX-plus進(jìn)行軟硬件的仿真與調(diào)試。利用CPLD具有性能高、成本低的特點(diǎn)，但是單片機(jī)

6、能夠準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，測(cè)距精度高，而且單片機(jī)控制方便，計(jì)算簡(jiǎn)單，所以綜合更方面因素本文采用STC89C52單片機(jī)作為控制器，用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器。3硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案 本文介紹了一種采用脈沖回波方式，基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用單片機(jī)的硬件和軟件資源，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收控制。該系統(tǒng)充分考慮了環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，通過(guò)單片機(jī)中計(jì)數(shù)器所計(jì)超聲波往返所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)公式換算就可以計(jì)算出超聲波發(fā)射器與被測(cè)物之間的距離。其主要包括單片機(jī)控制模塊，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，LCD1602顯示模塊，溫度補(bǔ)償模塊，報(bào)

7、警模塊，和掃描驅(qū)動(dòng)模塊這幾個(gè)部分。其可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量物體的距離，并通過(guò)LCD1602液晶顯示出來(lái)，當(dāng)距離小于1M時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 圖3.1超聲波測(cè)距儀總設(shè)計(jì)框圖3.2 STC89C52外圍電路設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的

8、解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 外形及引腳排列如圖3.2所示。 鐘電路引腳、I/O引腳、控制線引腳。根據(jù)開發(fā)的需要和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們就可

9、以 圖3.2 STC89C52的芯片引腳圖 STC89C52共有40個(gè)引腳，大致可分為4類：電源引腳、時(shí)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)工作，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化！3.2.2復(fù)位電路與震蕩電路 單片機(jī)STC89C52作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運(yùn)行。其需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)圖如圖3.3所示。 圖3.3復(fù)位電路圖 STC89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 外接12M振蕩器及電容C

10、1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。由于外接電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性因此電容選擇30pF10pF。 圖3.4振蕩電路圖 3.3 LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)3.3.1字符型液晶顯示模塊圖3.5 液晶面板 字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母，數(shù)字，符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。在顯示器件上的電極圖型設(shè)計(jì)，它是由若干個(gè)5*7或5*11等點(diǎn)陣符位組成。每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。點(diǎn)陣字符位之間有一空點(diǎn)距的間隔起到了字符間距和行距的作用，模塊見圖3.5。3.3.2 字符型液晶顯示模塊引腳VSS為地電源，VDD接5V正電源，V

11、L為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。DB0DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線，BLK和BLA是背光燈電源。模塊引腳如表3.1。表3.1 字符型液晶顯示模塊引腳編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)

12、引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令12D5Data I/O5R/W讀/寫13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O45BLA背光源正級(jí)8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)級(jí)3.3.3 字符型液晶顯示模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 液晶顯示模塊WM-C1602N的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.6分為三部份：一為L(zhǎng)CD控制器，二為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)器，三為L(zhǎng)CD顯示裝置。與單片機(jī)接口見圖3.6圖3.6 LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.7 液晶接口3.4溫度傳感器DS18B20電路設(shè)計(jì)3.

13、4.1 溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信(每個(gè)溫度傳感器的ROM里有不同的識(shí)別號(hào)碼），占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。   

14、 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.8所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖3.9所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。    ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同，ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 圖3.8 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.9 DS18B20管腳圖3.4

15、.2 DS18B20的主要特性（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （5）溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。 （6）可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.062

16、5，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 （9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù), 當(dāng)計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1,計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器值的累加,此時(shí)溫

17、度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3.10中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中振蕩器溫度特性的非線性,以產(chǎn)生高分辨率的溫度測(cè)量。其輸出用于修正計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程,直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值,這就是DS18B20的測(cè)溫原理。圖3.10 DS18B20測(cè)溫原理圖另外,由于 DS18B20單總線通信功能是分時(shí)完成的,因此他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念, 因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為: 初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。3.5數(shù)據(jù)采集模塊DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：A：64位激光RO

18、M。64位激光ROM從高位到低位依次為8位CRC、48位序列號(hào)和8位家族代碼(28H)組成。B：溫度靈敏元件。 C：非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL?？赏ㄟ^(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。D：配置寄存器。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。其中R0、R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí)R0、R1置為缺省值：R0=1，R1=1（即12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。表 3.2 分辨率關(guān)系表R0R1分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/us00993.750110187.510113751112750高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表3.2所示。當(dāng)溫

19、度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表3.3所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。表3.3 DS18B20存儲(chǔ)器溫度LSB溫度MSBTHTL保留保留計(jì)數(shù)寄存器計(jì)數(shù)寄存器8位CRC3.6 HC-SR04超聲波測(cè)距模塊1.概述HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁有2.45.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口

20、等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。主要技術(shù)參數(shù)如下表：表3.4主要技術(shù)參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊工作電壓DC 2.4V5.5V靜態(tài)電流2mA工作溫度-20+70度輸出方式電平或UART（跳線帽選擇）感應(yīng)角度小于15度探測(cè)距離2cm-450cm探測(cè)精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，數(shù)據(jù)位8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，無(wú)流控制。本模塊實(shí)物圖及尺寸如圖3.10所示圖3.10 HC-SR04正反面圖本模塊的尺寸：45mm*20mm*1.6mm。板上有兩個(gè)半徑為1mm的機(jī)械孔2.電平觸發(fā)測(cè)距工作原理在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使

21、模塊處于電平觸發(fā)模式。電平觸發(fā)測(cè)距的時(shí)序如圖3.11所示：圖3.11 HC-SR04測(cè)距時(shí)序圖圖3.11表明：只需要在Trig/TX管腳輸入一個(gè)10US以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊將距離值轉(zhuǎn)化為340m/s時(shí)的時(shí)間值的2倍，通過(guò)Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算距離值。即距離值為：(高電平時(shí)間*340m/s)/2。3.串口觸發(fā)測(cè)距工作原理在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波

22、脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過(guò)Echo/RX管腳輸出。輸出的距離值共兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高8位（HDate），第二個(gè)字節(jié)為距離的低8位（LData），單位為毫米。即距離值為 （HData*256 +LData）mm。4.串口觸發(fā)測(cè)溫工作原理在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X50（波特率9600），系統(tǒng)便啟動(dòng)溫度傳感器對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行測(cè)量，然后將溫度值通過(guò)Echo/RX管腳輸出。測(cè)量完成溫度后，本模塊會(huì)返回一個(gè)字節(jié)的溫

23、度值（TData）， 實(shí)際的溫度值為TData-45。例如通過(guò)TX發(fā)送完0X50后，在RX端收到0X45，則此時(shí)的溫度值為 69（0X45的10進(jìn)制值）-45 = 24度。3.7報(bào)警電路設(shè)計(jì) 如果距離小于1M，則單片機(jī)STC89C52則給P3.7口一個(gè)信號(hào)，使得報(bào)警電路工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。如圖3.11所示。 圖3.11報(bào)警電路圖 4 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明 進(jìn)行測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。本軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量、顯示。因此，整個(gè)軟件可分為按照硬件電路對(duì)單

24、片機(jī)位定義；發(fā)射子程序；接收子程序；顯示子程序；延時(shí)子程序等。4.2主程序的設(shè)計(jì) 圖4.1主程序流程圖主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P1和P3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0.1 ms后，才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12 MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì) 一個(gè)數(shù)就是1s，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)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間）按式計(jì)L=(T/2)*V 算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取2

25、0時(shí)的聲速為344 m/s則有：L=(T/2)*V =172T0/10000cm 其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。    測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LCD顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。4.3超聲波發(fā)射子程序和超聲波接收中斷子程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷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)（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(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。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溢出中斷將中斷0關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦

26、值2以表示此次測(cè)距不成功。 圖4.2外部中斷流程圖4.4溫度測(cè)量子程序設(shè)計(jì)DS18B20對(duì)時(shí)序和電性參數(shù)要求很高, 所以單片機(jī)在通過(guò)單總線接口訪問(wèn) DS18B20時(shí), 其工作流程必需要遵守嚴(yán)格的操作時(shí)序,如果順序中任意一步缺少或順序錯(cuò)亂, DS18B20將不會(huì)響應(yīng)。DS18B20的操作順序是: 第一步: 對(duì) DS18B20初始化; 第二步: 發(fā)送ROM 命令;第三步: 發(fā)送功能命令。超聲波測(cè)距系統(tǒng)上電后,單片機(jī)開始初始化 DS18B20,檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度,軟件控制 DS18B20的具體流程如圖 4.3所示。圖4.3 DS18B20總體操作流程4.5報(bào)警子程序 如果距離小于下限或大于上限，則單片機(jī)S

27、TC89C52則給IO口一個(gè)信號(hào)，使得報(bào)警電路工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。圖4.4 報(bào)警子程序 4.6距離計(jì)算子程序本段程序中temp是從DS18BB0讀取的16位二進(jìn)制溫度數(shù)值，在對(duì)速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候需要根據(jù)DS18B20協(xié)議轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)tp。void calculater()float v; /聲速float tp; /溫度time=TH0*256+TL0;TH0=0;TL0=0;if(temp<0x8000) /溫度為正直tp=temp*0.0625;else /溫度為負(fù)值tp=temp*(-0.0625);c=331.4+0.61*tp; /溫度補(bǔ)償distance=(time*c/(2

28、*100)/100; 5 結(jié)果與結(jié)論5.1結(jié)果設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離，以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，這套系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力較好、實(shí)時(shí)性良好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合預(yù)期要求。5.2結(jié)論采用高精度的溫度傳感器 DS18B20可實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的溫度測(cè)量和補(bǔ)償,即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)波速進(jìn)行校正。通過(guò)引入DS18B20,使超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度有了很大的提高, 使得應(yīng)用領(lǐng)域也有所擴(kuò)展,其不僅可用于倒車?yán)走_(dá)、物位測(cè)量等一般場(chǎng)合, 且在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)?huì)有廣泛的應(yīng)用前景。 致謝隨著論文的完成，我的大學(xué)

29、生活，也得以劃下了完美的句點(diǎn)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查找資料、整理材料、設(shè)計(jì)方案和寫論文，今天終于可以順利的完成論文的最后的謝辭了。設(shè)計(jì)得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中非常感謝周榮生老師的細(xì)心指導(dǎo)。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，對(duì)我影響深遠(yuǎn)，不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在周老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了大量的心血。在此，謹(jǐn)向趙老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！趙老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的設(shè)計(jì)，加上本來(lái)就有的教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的教導(dǎo)中，使我在設(shè)計(jì)之外明白

30、了做學(xué)問(wèn)所應(yīng)有的態(tài)度。 同時(shí)，設(shè)計(jì)的順利完成，離不開其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助，感謝徐靜、胡燕同學(xué)給予我的幫助。在整個(gè)的設(shè)計(jì)中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料，提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，設(shè)計(jì)得以不斷的完善，最終幫助我順利的寫完論文。通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力，由被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和

31、同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻(xiàn)1趙曉安. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 天津：天津大學(xué)出版社，2001.3 2 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 20013 余錫存、曹國(guó)華，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，陜西: 西安電子科技大學(xué)出版社， 2002.84 李建忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用，陜西:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.15 肖來(lái)勝、馮建蘭，單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程 ，武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2004.106 蔡美琴、張為民，MSC-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用，北京：高等教育出版社（第二版），北京，2005.7v7 李華. MCS -51系列單片機(jī)

32、實(shí)用接口技術(shù)M . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,19938 周航慈. 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)M . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1991附錄附錄一：總原理圖附錄二：程序清單#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned chartypedef unsigned char Uchar;typedef unsigned int Uint16;#define yh 0x80 /LCD第一行的初始位置,因?yàn)長(zhǎng)CD1602字符地址首位D7恒定為1（=80）

33、#define er 0x80+0x40 /LCD第二行初始位置（因?yàn)榈诙械谝粋€(gè)字符位置地址是0x40）/液晶屏的與C51之間的引腳連接定義（顯示數(shù)據(jù)線接C51的P0口）sbit en=P10;sbit rs=P11;sbit DQ_A=P37; /溫度數(shù)據(jù)線/校時(shí)按鍵與C51的引腳連接定義sbit qh=P20; /切換鍵sbit set=P21; /設(shè)置鍵sbit add=P22; /加鍵sbit dec=P23; /減鍵sbit alarm=P27;/蜂鳴器，通過(guò)三極管9012驅(qū)動(dòng)，端口低電平響 sbit red=P24;sbit green=P26; sbit RX=P33;sbit

34、 TX=P32;uchar code tab1= "System loading " uchar code tab2= "Distance system "uchar code wd = "Temp: "uchar code jl = "Dis : CM "uchar code yz = "SH: CMSL: CM" /閾值固定符uchar code qk = " "uint tempa,temp;/tempa用于讀取溫度值int sh=400,sl=2;uint time;

35、unsigned long dis;float rate;uchar flag_qh,key_num;bit flag_set=0,flag=0;/延時(shí)函數(shù)，后面經(jīng)常調(diào)用void delayms(uint xms)/延時(shí)函數(shù)，有參函數(shù)uint x,y;for(x=xms;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);/*液晶寫入指令函數(shù)與寫入數(shù)據(jù)函數(shù)，以后可調(diào)用*/void write_com(uchar com)/*液晶寫入指令函數(shù)*rs=0;/數(shù)據(jù)/指令選擇置為指令/rw=0; /讀寫選擇置為寫P0=com;/送入數(shù)據(jù)delayms(1);en=1;/拉高使能端，為制造有

36、效的下降沿做準(zhǔn)備delayms(1);en=0;/en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令void write_data(uchar dat)/*液晶寫入數(shù)據(jù)函數(shù)*rs=1;/數(shù)據(jù)/指令選擇置為數(shù)據(jù)/rw=0; /讀寫選擇置為寫P0=dat;/送入數(shù)據(jù)delayms(1);en=1; /en置高電平，為制造下降沿做準(zhǔn)備delayms(1);en=0; /en由高變低，產(chǎn)生下降沿，液晶執(zhí)行命令void Lcd_cls()uchar i;write_com(er);for(i=0;i<16;i+)write_data(qki)/*DS18B20溫度采集時(shí)序程序void delay_us(Uin

37、t16 t)/12MHz晶振 while(t-);void Init_18b20_A(void) Uchar n;DQ_A=1;delay_us(8);DQ_A=0;delay_us(80); /600us左右DQ_A=1;delay_us(8);n=DQ_A;delay_us(4);void write_byte_A(Uchar dat)Uchar i;for(i=0;i<8;i+)DQ_A=0;DQ_A=dat&0x01;delay_us(4); /40-50usDQ_A=1;dat>>=1;delay_us(4);Uchar read_byte_A(void)U

38、char i,value;for(i=0;i<8;i+)DQ_A=0;value>>=1;DQ_A=1; /線與if(DQ_A) value|=0x80;delay_us(4);return value;void get_temp_A(void)uchar a,b;Init_18b20_A();write_byte_A(0xcc);write_byte_A(0x44); /啟動(dòng)測(cè)量delay_us(300);Init_18b20_A();write_byte_A(0xcc);write_byte_A(0xbe);a=read_byte_A(); /lsbb=read_byte

39、_A(); /msbtemp=b*256+a; /26.8tempa=temp*0.625;/268/=兩聲提示音 =void TwoAlarm(void)green=1;alarm=0;red=0;delayms(50); alarm=1;red=1;delayms(50);alarm=0;red=0;delayms(50); alarm=1;red=1;/-第一個(gè)界面程序-/void fir_disp(void)uchar i;Lcd_cls();write_com(er);for(i=0;i<16;i+)write_data(jli);/-第二個(gè)界面程序-/void sec_dis

40、p()uchar i; alarm=1;red=1;Lcd_cls();write_com(er);for(i=0;i<16;i+)write_data(yzi);/-第三個(gè)界面程序-/void thi_disp()uchar i; Lcd_cls();write_com(er);for(i=0;i<16;i+)write_data(wdi);write_com(er+10);write_data(0xdf);write_data(0x43); /-切換鍵掃描程序-/void keyscan_qh()if(qh=0)delayms(5);if(qh=0)flag_qh+;while

41、(qh=0);if(flag_qh=3)flag_qh=0;void keyscan_set()if(set=0) delayms(5);if(set=0)while(set=0); key_num+; if(key_num=1)flag_set=1;write_com(er+5);write_com(0x0f);/光標(biāo)顯示并閃爍if(key_num=2)write_com(er+13);if(key_num=3)key_num=0;write_com(0x0c);/光標(biāo)關(guān)閉flag_set=0; if(key_num!=0) if(add=0) delayms(5); if(add=0) w

42、hile(add=0);if(key_num=1)sh+;if(sh>=400)sh=0;write_com(er+3); write_data(0x30+sh/100); write_data(0x30+sh%100/10); write_data(0x30+sh%10);write_com(er+5);if(key_num=2)sl+;if(sl>=400)sl=0;write_com(er+11);write_data(0x30+sl/100);write_data(0x30+sl%100/10);write_data(0x30+sl%10);write_com(er+13)

43、; if(dec=0) delayms(5); if(dec=0) while(dec=0);if(key_num=1)sh-;if(sh<-1)sh=400;write_com(er+3); write_data(0x30+sh/100); write_data(0x30+sh%100/10); write_data(0x30+sh%10);write_com(er+5);if(key_num=2)sl-;if(sl<-1)sl=400;write_com(er+11);write_data(0x30+sl/100);write_data(0x30+sl%100/10);writ

44、e_data(0x30+sl%10);write_com(er+13);void write_TA(uchar addr,uint dat)write_com(er+addr); write_data(0x30+dat/100); write_data(0x30+dat%100/10); write_data(0x2e); write_data(0x30+dat%10);/*/void StartModule() /啟動(dòng)模塊TX=1; /啟動(dòng)一次模塊_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _

45、nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();TX=0;/*/void Conut(void)uchar num; time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; /if(100<tempa<200)/rate=1.7f; /if(200<tempa<300)/rate=1.8f; /if(300<tempa<999)/rate=1.9f; rate=331.4+0.61*temp; dis=(time*rate/(2*100)