車(chē)距自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車(chē)距自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)車(chē)距自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 （系）： 專(zhuān) 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 摘摘 要要 距離的自動(dòng)檢測(cè)主要是主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距 離測(cè)量。超聲波在測(cè)距方面應(yīng)用十分廣泛。比如測(cè)量水的深度，水中魚(yú)群的位 置，金屬探傷，測(cè)厚，還有汽車(chē)倒車(chē)防撞等等。 本設(shè)計(jì)主要要求實(shí)現(xiàn)車(chē)距的自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警功能的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)比較，決定 使用超聲波傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。系統(tǒng)在分析可行性、可靠性的基礎(chǔ)上，參照工 程設(shè)計(jì)方法，確立了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思路。設(shè)計(jì)了一套超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng) 是一種基于 AT89C52 單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，它根據(jù)超聲波在空氣中傳播的 反射原理,以超聲波傳感器為接口部件，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和超聲波在空氣中的時(shí) 間差來(lái)測(cè)量距離。該系統(tǒng)主要由主控制器模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收 模塊、顯示模塊和報(bào)警模塊等五個(gè)模塊構(gòu)成。設(shè)計(jì)利用 51 單片機(jī)系統(tǒng)的 I/O 口， 使超聲波傳感器發(fā)出 40KHz 的超聲波，反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和整 形電路進(jìn)入單片機(jī)，比較調(diào)試后確定其對(duì)應(yīng)的距離，完成測(cè)距?？蓪?shí)現(xiàn) 5 米內(nèi) 測(cè)距，盲區(qū) 7 厘米，使用 LED 顯示測(cè)量距離，當(dāng)距離小于一定值時(shí)發(fā)出報(bào)警的 聲音。 基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，增強(qiáng)了超聲波的抗干擾能力，減少了 人為計(jì)算給測(cè)距帶來(lái)的誤差，簡(jiǎn)化了外圍接口電路，解決了生活中測(cè)距方面帶 來(lái)的不便。 關(guān)鍵字：超聲波傳感器；AT89C52 單片機(jī)；LED 顯示單元；報(bào)警單元 Abstract The automatic measuring of distance is mainly used in measuring the distance of Car Backing reminding, construction sites, industrial site, etc. The application of ultrasonic testing the distance is very widely. such as the measure of the depth of the water, the place of the fish in the sea, the metal detection 、the measure of the thickness and the reverse in case of the car clashing and so on. The design is required to full fill the automatic detection and the alarm function. After a series of comparison, the proposal of using ultrasonic sensors to implement the measure. Base on the analysis of the feasibility and the reliability, and the reference of the method of engineering design, the system establishes the thinking of structural design. In this paper, I design a set of Ultrasonic Testing System which is an ultrasonic distance measurement system based on AT89C52 SCM (Single Chip Microcosm). It according to the reflection principle of ultrasonic spreading in air, with the interface component Ultrasonic Sensor, the application of SCM technology and time difference of ultrasonic in the air to measure the distance. This system mainly composed by the five modules, namely central processing module、the ultrasonic emission/reception module、display module and alarm module. The design use the I/O interface component of 51 SCM system, making Ultrasonic Sensor send 40KHz ultrasonic wave, and the ultrasonic wave of reflecting back, which through the amplifier and shaping circuit into SCM, then after comparing and debugging, to determine the corresponding distance. It can be realized within five meters range, the blind area of 7 cm, with LED display. At the same time it has manually adjusting function, the alarm system begins to work when the distance is less than. Such kind of SCM ultrasonic distance measuring strengthen the anti-interference capability of the ultrasonic, reduce the error of the measurement made by man, simplify the external interface circuit and solute the inconvenience of the distance measure in daily life. Key words: Ultrasonic Sensor; AT89C52 SCM; LED display unit; Alarm unit 目 錄 引言.1 1 緒論.2 1.1 課題背景和意義. 1.2 論文研究?jī)?nèi)容 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案.3 2.1 超聲波的理論基礎(chǔ)3 2.2 超聲波的測(cè)距原理和工作方式 .8 2.3 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.4 模塊方案比較10 2.5 設(shè)計(jì)的總體構(gòu)想15 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì).15 3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （AT89C52）.18 3.2 LED 顯示電路設(shè)計(jì)20 3.3 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)22 3.4 超聲波檢測(cè)接受電路設(shè)計(jì)26 3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì)28 3.6 本章小結(jié)30 4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)30 4.1 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)30 4.2 主程序設(shè)計(jì)30 4.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序31 4.4 報(bào)警電路程序設(shè)計(jì)30 4.5 本章小結(jié)31 5 電路板的制作32 5.1 原理圖繪制 .32 5.2 PCB 圖的生成 32 5.3 電路板的印制和焊接33 5.4 本章小結(jié)33 6 調(diào)試與性能分析.33 .1 調(diào)試.33 .2 性能指標(biāo).34 結(jié)論34 謝辭.35 參考文獻(xiàn)36 附錄.37 引言 近年來(lái)隨著微電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的小型價(jià)廉的微處理器（單片機(jī)）的出現(xiàn)，使 超聲波測(cè)距傳感器的功能得到了提升。有了微處理器不僅使測(cè)距的精度大為提高，而 且為超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟更大的空間。 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)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)，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，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納 的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全 隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的 被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別 問(wèn)題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無(wú)庸置疑，未來(lái)的超聲波傳 感器將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的傳感器集成和融合，形成多傳感器。隨著傳感 器的技術(shù)進(jìn)步，傳感器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，面貌一新的傳感器將發(fā)揮更大的作用。 在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去，許 多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種 狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上， “悄無(wú)聲息”地探測(cè)人 們所需要的信號(hào)。在未來(lái)的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將 出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。 利用超聲波制作汽車(chē)防撞雷達(dá)可以幫助駕駛員及時(shí)了解車(chē)周?chē)璧K情況，防止汽車(chē) 在轉(zhuǎn)彎、倒車(chē)等情況下撞傷、劃傷。下面我們就使用超聲波傳感器測(cè)距及報(bào)警系統(tǒng)為 例，具體的說(shuō)明它的應(yīng)用。 1 緒論 進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，傳感器已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是自 動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的重要技術(shù)工具。伴隨著微機(jī)（單片機(jī)）的發(fā)展， 傳感技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐步得到更廣泛的認(rèn)同，應(yīng)用于現(xiàn)在各個(gè)高科技的行業(yè)，而超聲 波傳感器技術(shù)應(yīng)用于冶金、船舶、機(jī)械、醫(yī)療等各個(gè)工業(yè)部門(mén)的超聲清洗、超聲焊接、 超聲加工、超聲檢測(cè)和超聲醫(yī)療等方面，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 1.1 課題背景和意義 隨著科技的高速發(fā)展，一種新的測(cè)量方法已經(jīng)產(chǎn)生，那就是利用微機(jī)控制超聲波 傳感器自動(dòng)測(cè)距，把這樣的一種裝置安裝在汽車(chē)上，就可以給司機(jī)以提醒，預(yù)防意外 的發(fā)生，盡可能的減少交通事故。因此，我們就可以在汽車(chē)上安裝測(cè)距系統(tǒng)，以使其 及時(shí)獲取距障礙物的距離信息（距離和方向） 。 本課題設(shè)計(jì)是基于 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行的。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，是許多領(lǐng)域的技術(shù) 水平和自動(dòng)化程度得以大大提高。當(dāng)今世界也正面臨著一場(chǎng)以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)志的新 革命，人們渴望迅速進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)的大門(mén)。隨著人們物質(zhì)文化的豐富，各種 電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越迅速。在超聲波測(cè)距領(lǐng)域，為縮短開(kāi)發(fā)周期、提 高測(cè)距精度，單片機(jī)因?yàn)榫哂屑啥雀?、運(yùn)算速度快、體積小、運(yùn)行速度快、體積小、 運(yùn)行可靠、工耗低等無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，以得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，微型控制器正向 兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)是高功能，多功能方向。從這個(gè)方向取得的成就使得微型控制器 逐步代替了價(jià)格昂，功能優(yōu)越的中小型機(jī)；另一個(gè)是價(jià)格低廉，功能單一的方向，這 個(gè)方向的發(fā)展是微型控制器在生產(chǎn)領(lǐng)域、服務(wù)部門(mén)和日常生活得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 本課題的研究?jī)?nèi)容也適用于各種測(cè)距的場(chǎng)合，比如說(shuō)短距離的無(wú)接觸的測(cè)量?jī)蓚€(gè) 物體之間的距離、礦場(chǎng)、建筑等的距離都可以使用，所以本課題的研究很有必要，有 意義。 1.2 論文研究?jī)?nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，用以車(chē)距自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，運(yùn)用 51 系列單片機(jī)來(lái)計(jì)算 和控制計(jì)數(shù)器最后通過(guò)液晶顯示屏或者 LED 的 7 段數(shù)碼管完成，編制程序進(jìn)行功能的 控制，完成該多功能的來(lái)電顯示電路模型的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試工作。要求有復(fù)位和手 動(dòng)調(diào)節(jié)功能，并要求顯示的完整性，動(dòng)態(tài)性，穩(wěn)定性。本課題研究的就是要在車(chē)上安 裝的車(chē)距自動(dòng)檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)警系統(tǒng)，以盡可能減少發(fā)生交通事故的可能性，保障人與 車(chē)的安全。 本文一共分為五章。第 1 章為緒論，主要介紹本課題研究的背景和意義以及要研 究的主要內(nèi)容，指出了單片微機(jī)和傳感技術(shù)的發(fā)展給本課題的研究指明了方向，闡明 課題研究的必要性。第 2 章介紹系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，各個(gè)部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要分 為五個(gè)部分，即超聲波的發(fā)射部分設(shè)計(jì)、接收部分設(shè)計(jì)、顯示部分設(shè)計(jì)、報(bào)警部分設(shè) 計(jì)和控制部分設(shè)計(jì)五個(gè)方面，從理論上簡(jiǎn)述基本的設(shè)計(jì)。第 3 章主要闡述各個(gè)部分硬 件電路的設(shè)計(jì)，分析各個(gè)部分所用元器件的性能參數(shù)，在本次電路設(shè)計(jì)中的作用。第 4 章主要介紹系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)，主要是單片機(jī)程序控制超聲波的發(fā)射接收，以及計(jì)算測(cè) 量的距離通過(guò) LED 數(shù)碼管顯示出來(lái)，當(dāng)距離小于一定值（大于盲區(qū)）時(shí)，由程序控制 報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警的聲音。第 5 章主要說(shuō)明硬件軟件的調(diào)試過(guò)程，以及調(diào)試的結(jié)果， 檢查本設(shè)計(jì)是否符合最初的要求，是否完成導(dǎo)師布置的內(nèi)容等等。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 我們都知道，由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)， 因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本文主要介紹超聲波在汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用，以 AT89C52 單片機(jī)為核心的低成 本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。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，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到日常使用的 要求。 2.1 超聲波的理論基礎(chǔ) 超聲波是聲波大家族中的一員。 聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其 平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài) 通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動(dòng)頻率大于 20KHz 以上的，人在自然環(huán)境下無(wú)法聽(tīng)到和感受到的聲 波。 頻率高于人的聽(tīng)覺(jué)上限（約為 20000 赫茲）的聲波，稱(chēng)為超聲波，或稱(chēng)為超聲。 超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽(tīng)聲波的規(guī)律并沒(méi)有本 質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長(zhǎng)很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽(tīng)聲波 比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性超聲波的波長(zhǎng)很短，通常的障礙物的尺 寸要比超聲波的波長(zhǎng)大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定 向直線傳播，超聲波的波長(zhǎng)越短，這一特性就越顯著。功率特性當(dāng)聲音在空氣中傳 播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對(duì)微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的 物理量。在相同強(qiáng)度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率 很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。空化作用當(dāng)超聲波在液 體中傳播時(shí)，由于液體微粒的劇烈振動(dòng)，會(huì)在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速 脹大和閉合，會(huì)使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬(wàn)個(gè)大氣壓 的壓強(qiáng)。微粒間這種劇烈的相互作用，會(huì)使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌 作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質(zhì)的溶解，加速 化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱(chēng)為超聲波的空化作用。 頻率高于 2104 赫茲的聲波。研究超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收，以及各種超聲效 應(yīng)和應(yīng)用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機(jī)械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、 汽笛和液哨等） 、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動(dòng)超聲發(fā)生器、以及利用壓電 晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。 超聲效應(yīng) 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生 物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱的、電磁的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包 括以下 4 種效應(yīng)： 機(jī)械效應(yīng)。超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。 當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí)，懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚 在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)， 由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化。 空化作用。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內(nèi)局部出 現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體逸出，成 為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開(kāi)”成一空洞，稱(chēng)為空化?？斩磧?nèi)為液 體蒸汽或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周 圍介質(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。破滅時(shí)周?chē)后w突然沖入氣泡而產(chǎn)生高 溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放 電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。 熱效應(yīng)。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。 化學(xué)效應(yīng)。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng) 超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng) 超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許 多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過(guò)程。超聲波對(duì)光化學(xué)和電化學(xué)過(guò)程也有明顯影響。 各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的 一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。 超聲應(yīng)用 超聲效應(yīng)已廣泛用于實(shí)際，主要有如下幾方面： 超聲檢驗(yàn)。超聲波的波長(zhǎng)比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過(guò)不 透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和超聲成像技術(shù)。 超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù)。把從換能器發(fā)出的超聲波 經(jīng)聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對(duì)聲 波的反射、吸收和散射的能力） ，經(jīng)聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號(hào)輸入放大 器，利用掃描系統(tǒng)可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱(chēng)為超聲顯微鏡。 超聲成像技術(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來(lái)對(duì)大規(guī)模 集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來(lái)顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。 聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)， 其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已。用同一超聲信號(hào)源激勵(lì)兩 個(gè)放置在液體中的換能器，它們分別發(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過(guò)被研究的物體 后成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用 激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時(shí)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)而獲得物的重現(xiàn) 象，通常用攝像機(jī)和電視機(jī)作實(shí)時(shí)觀察。 超聲處理。利用超聲的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲 焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng) 和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個(gè)部門(mén)獲得了廣泛應(yīng)用。 基礎(chǔ)研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)生聲弛豫過(guò)程，聲弛豫過(guò)程伴隨 著能量在分子各自電度間的輸運(yùn)過(guò)程，并在宏觀上表現(xiàn)出對(duì)聲波的吸收。通過(guò)物質(zhì)對(duì) 超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分 支。 普通聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)。但 對(duì)頻率在 1012 赫茲以上的特超聲波，波長(zhǎng)可與固體中的原子間距相比擬，此時(shí)必須把 固體當(dāng)作是具有空間周期性的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。點(diǎn)陣振動(dòng)的能量是量子化的，稱(chēng)為聲子。特 超聲對(duì)固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準(zhǔn)粒子的相互作用。 對(duì)固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測(cè)和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體液態(tài)氦中聲現(xiàn)象 的研究構(gòu)成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域量子聲學(xué)。 超聲波傳感器 T/R40-16 外形圖如下圖 2-1 所示，而外形尺寸如下圖 2-2 所示，具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖 2-3 所示 圖 2-1 超聲波實(shí)物圖 圖 2-2 超聲波外觀尺寸圖 圖 2-3 超聲波轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)圖 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高 于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng) 短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、 固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲 波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效 應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。 以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就 是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。 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 率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，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（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭 接收）等。 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(gè)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： （1）工作頻率。工作頻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(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 （2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(dú)的制冷設(shè)備。 （3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度 低。 具體數(shù)據(jù)如下表所示 表 2-1 T/R40-16 性能指標(biāo)數(shù)據(jù)表 性能要求 標(biāo)稱(chēng)頻率（KHz）40 發(fā)射電壓 at40KHz(0dB=0.2mPa)min117dB 接收靈敏度 at40KHz(0dB=V/Pa)min65dB 靜電容量 at1KHz,1000 次）Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 0-24MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 引腳功能說(shuō)明引腳功能說(shuō)明 V VCCCC：電源電壓 GNDGND：地 P0P0 口：口：P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為 輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě)“1”時(shí)， 可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù) 據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)， 要求外接上拉電阻。 P1P1 口：口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸 收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉 到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被 外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 與 AT89C51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸 入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見(jiàn)表 3-1。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。 表 3-2 P1.0 和 P1.1 的第二功能 引腳號(hào)功能特性 P1.0T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù) 2 捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制） P2P2 口：口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 P2 寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻 把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某 個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3P3 口：口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí) 可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部 上位電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 （IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 3-3 P3 口第二功能表 端口引腳第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外中斷 0） P3.3 INT1（外中斷 1） P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0） P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 此外，P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RSTRST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單 片復(fù)位。 ALE/PROGALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈 沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的 脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁 止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引 腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSENPSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈 沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 RSEN 信號(hào)。 EA/VPPEA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編 程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件 是使用 12V 編程電壓 VPP。 XTAL1XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了 一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2。定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的控制狀態(tài)位位于 T2CON（見(jiàn)表 3）T2MOD（見(jiàn) 表 4） ，寄存器對(duì)（RCA02H、RCAP2L）是定時(shí)器 2 在 16 位捕獲方式或 16 位自動(dòng)重裝 載方式下的捕獲/自動(dòng)重裝載寄存器。 中斷寄存器：中斷寄存器： AT89C52 有 6 個(gè)中斷源，2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，IE 寄存器控制各中斷位，IP 寄存器中 6 個(gè)中斷源的每一個(gè)可定為 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89C52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM，80HFFH 高 128 個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器 （SFR）地址是重疊的，也就是高 128 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的， 但物理上它們是分開(kāi)的。 當(dāng)一條指令訪問(wèn) 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的尋址方式是不同的， 也即尋址方式?jīng)Q定是訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM 還是訪問(wèn)特殊功能寄存器。如果指令是直接 尋址方式則為訪問(wèn)特殊功能寄存器。 例如，下面的直接尋址指令訪問(wèn)特殊功能寄存器 0A0H（即 P2 口）地址單元。 MOV 0A0H，data 間接尋址指令訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM，例如，下面的間接尋址指令中，R0 的內(nèi)容為 0A0H，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)字節(jié)地址為 0A0H，而不是 P2 口（0A0H）。 MOV R0，data 堆棧操作也是間接尋址方式，所以，高 128 位數(shù)據(jù) RAM 亦可作為堆棧區(qū)使用。 3.2 LED 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路使用的 4 位共陽(yáng)的 LED 數(shù)碼管，段碼用 74LS244 驅(qū)動(dòng)，位碼用 PNP 三 極管 9012 驅(qū)動(dòng)。顯示電路如下圖 3-3 所示 圖 3-3 顯示電路設(shè)計(jì)圖 9012 是一種最常用的普通三極管。 它是一種低電壓,大電流,小信號(hào)的 PNP 型硅三 極管，形狀及引腳如右圖所示 集電極電流 Ic：Max -500mA 集電極-基極電壓 Vcbo： -40V 工作溫度：-55 to +150 和 9013（NPN）相對(duì) 主要用途： o開(kāi)關(guān)應(yīng)用 o射頻放大 圖 3-4 9012 實(shí)物管腳圖 4 位 7 段共陽(yáng)數(shù)碼管的引腳圖 1af23b edpcg4 圖 3-5 四位七段數(shù)碼管實(shí)物圖 其中 1234 為位選，p 為點(diǎn)。 圖 3-6 四位七段數(shù)碼管管腳圖 74LS244 芯片介紹 74LS244 是三態(tài)輸出的八緩沖器，由 2 組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端 G， 由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。 74LS244 內(nèi)部共有兩個(gè)四位三態(tài)緩沖器，分別 以作為它們的選通工作信號(hào)。當(dāng) 都為低電平時(shí)，輸入端 A 和輸出端 Y 狀 態(tài)相同；當(dāng)都為高電平時(shí)，輸出成高阻態(tài)。 74LS244 是不帶鎖存的，如果輸入設(shè)備提供的 數(shù)據(jù)時(shí)間比較短，就要用帶鎖存的芯片進(jìn)行擴(kuò)展。 圖 3-7 74LS244 引腳圖 3.3 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) 超聲波發(fā)射電路原理圖如下圖 3-8 所示，發(fā)射電路主要由反向器 74LS04 和超聲波 換能器構(gòu)成，單片機(jī) P1.0 端口輸出的 40KHz 方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波 能換器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波能換器的另一個(gè)電極，用這種 推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用 兩個(gè)反向器并聯(lián)，可以提高驅(qū)動(dòng)能力。上拉電阻 R20、R21 一個(gè)方面可以提高反向器 74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力；另一方面可以增加超聲換能器的阻尼效果，以縮短其 自由振蕩的時(shí)間。 圖 3-8 超聲波發(fā)射電路原理圖 74LS04 芯片資料 74LS04 主要電特性的典型值： Tplh=9ns, Tphl=10ns , Pd=12mW 引出端符號(hào)： 1A6A 輸入端 1Y6Y 輸出端 邏輯圖： 圖 3-9 雙列直插封裝 74LS04 極限值 電源電壓7V 輸入電壓7V 工作環(huán)境溫度070 存儲(chǔ)溫度-65150 表 3-4 74LS04 功能表和推薦工作條件 74LS04 最小額定最大 單位 電源電壓 Vcc4.7555.25V 輸入高電平電 壓 Vih 2V 輸入的低電平 電壓 Voh 0.8V 輸出高電平電 流 Ioh -400A 輸出的電平電 流 Iol 8mA 3.4 超聲波檢測(cè)接收電路設(shè)計(jì) 超聲波檢測(cè)接收電路采用的是一款 CX20106A 的集成電路作為接收的芯片，它是 一款紅外線檢波接收的專(zhuān)用芯片。電路圖如下圖 3-5 所示，適當(dāng)?shù)母淖冸娙?C1 的大小， 可以改變接收帶內(nèi)陸的靈敏度和抗干擾能力。 圖 3-10 超聲波接收電路設(shè)計(jì)圖 CX20106A 芯片介紹 CX20106/CX20106A 是紅外遙控接收前置放大雙極型集成電路，適用于電視機(jī)等。 內(nèi)部電路由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路（ABLC） 、限幅放大器、帶通濾波器、 峰值檢波器和波形整形電路等組成。CX20106A 是 CX20106 的改進(jìn)型，兩者之間的主要差別在于電參數(shù) 列有不同，參見(jiàn)下表 3-5 技術(shù)特點(diǎn) 低電壓供電，其典型值為 5V 低功耗。Vcc=5V 時(shí)，其典型功耗為 9mW 。 帶通濾波器的中心頻率可通過(guò)改變 5 腳和電源之間的 電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的范圍為 3060KHz。由于未使 用電感，可不受磁場(chǎng)的干擾，因此抗干擾能力強(qiáng)。 能與 PIN 發(fā)光二極管直接連接。 集電極開(kāi)路輸出，能直接驅(qū)動(dòng) TTL 或 CMOS 電路。 8 腳單列直插式塑料封裝。 配套使用型號(hào)為 M50462AP 圖 3-11 CX20106/CX20106A 引腳排列圖 圖3-12 CX20106A 內(nèi)電路及引腳功能 引腳排列圖及功能 表 3-5 CX20106A 引腳排列圖及功能 引腳號(hào)符號(hào)功能 1IN遙控信號(hào)輸入端（此腳與地之間接紅外接收二極管） 2C1前置放大器頻率特性和增益設(shè)定（此腳與地之間接 RC 串 聯(lián)電路） 3C2檢測(cè)波電容 4GND接地 5f0設(shè)定帶通濾波器的中心頻率（此腳與電源間接電阻） 6C3外接積分電容 7OUT遙控指令輸出端 8Vcc外接電源 表 3-6 CX20106 與 CX20106A 的主要差別 CX20106ACX20106參數(shù)名稱(chēng) 最小典型最大最小典型最大 單位 輸入電壓（1）2.02.53.12.22.82.8V 輸入電壓（2）0.61.01.70.71.51.5V 輸出電壓（低電平）0.20.40.20.4V 輸出漏電流02.202A 電壓增益747984757983dB 帶通濾波器特性4959dB 輸入阻抗274055222740K 檢波能力（1）440540770460540750s 檢波能力（2）440660770460660750s 消耗電流1.01.82.81.11.82.5mA 邏輯框圖 圖 3-13 CX20106A 邏輯框圖 直流特性測(cè)試表與電路 表 3-7 CX20106A 直流特性測(cè)試表 引腳號(hào)電壓備注 12.5V 22.5V 31.5V 4接地 51.4V 61.0V 75.0V 8電源 圖 3-14 CX20106A 直流特性測(cè)試電路圖 表 3-8 CX20106A 極限參數(shù)符號(hào)及參數(shù)值（Ts=25） 參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)參數(shù)值單位 電源電壓Vcc17V 輸入信號(hào)電壓Vin5V 允許功耗Pd0.6W 工作環(huán)境溫度Tu-25+75 貯存溫度Ta-55+150 電特性測(cè)試電路 圖 3-15 CX20106A 電特性測(cè)試電路圖 3.5 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 其實(shí)許多的報(bào)警電路都用 KD9561 作為報(bào)警的電路芯片，其電路原理圖如下圖 3- 11 所示： 圖 3-16 KD9561 報(bào)警芯片功能圖 而系統(tǒng)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)要求有語(yǔ)音報(bào)警功能，則需要 ISD 語(yǔ)音芯片才能完成，考慮到 實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路只使用蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的聲音即可。而當(dāng)需要進(jìn) 行拓展，發(fā)展成為商品時(shí)可以使用語(yǔ)音芯片，以提高它的價(jià)值性和受消費(fèi)者的歡迎。 使用 3.6 蜂鳴器作為報(bào)警電路很簡(jiǎn)單，只需要當(dāng)測(cè)量的距離小于一定值（8.6cm）時(shí)， 在單片機(jī)的 T1 口輸出頻率為 1KHz 的方波，就可以實(shí)現(xiàn)它的報(bào)警功能。具體電路圖如 下圖 3-12 所示： 圖 3-17 報(bào)警功能電路圖 圖中的 PNP 三極管為 8550，它的引腳圖同上述的 9012 一樣。是用來(lái)放大信號(hào)以 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音的。 3.6 本章小結(jié) 這一章主要是介紹了硬件設(shè)計(jì)電路的各個(gè)部分，以及在電路中使用到的各個(gè)芯片 的資料，簡(jiǎn)單的介紹芯片的使用，引腳功能等知識(shí)。通過(guò)這些部分知識(shí)的總結(jié)，將各 個(gè)部分的設(shè)計(jì)電路匯總起來(lái)就可以得到本次設(shè)計(jì)的電路圖（見(jiàn)附錄） 。而設(shè)計(jì)的整體框 圖如下圖 3-13 所示。而總體電路設(shè)計(jì)圖如下圖 3-14。 圖 3-18 超聲波測(cè)距原理框圖 圖 3-19 總體設(shè)計(jì)電路圖 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 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、 顯示子程序和報(bào)警子程序。由于 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 則具有較高的效率并且容易精確計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，由于超聲波測(cè)距程序既有較復(fù) 雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)） ，有要求精確計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間（超聲波測(cè)距時(shí)間） 。綜合 而言，本設(shè)計(jì)主要要求計(jì)算出精確的時(shí)間，所以我使用的是匯編語(yǔ)言編程。 4.1 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì) 右圖 4-1 示意了超聲波測(cè)距的原理，即 超聲波發(fā)生器 T 在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波 信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回 來(lái)，就會(huì)被超聲波接收器 R 接收到。這樣， 只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回 信號(hào)所用的時(shí)間，就可以算出超聲波發(fā)生器 與反射物體的距離。該距離的計(jì)算公式如右 圖中顯示。其中 X2，X1 分別為超聲波信號(hào) 接收到的時(shí)間和超聲波信號(hào)發(fā)出的時(shí)間。L 為超聲波發(fā)生器與反射物之間的距離。 344（m）為溫度是 20超聲波在空氣中的 傳播速度，具體請(qǐng)參考上述表 2-2。 圖 4-1 超聲波測(cè)距的原理 4.2 主程序設(shè)計(jì) 主程序首先要對(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 并對(duì)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（這也就是超聲波測(cè)距會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）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，所以當(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 種的樹(shù)（即超聲波來(lái)回 所用的時(shí)間）按公式（4-1）計(jì)算，即可得到被測(cè)物體與超聲波發(fā)生器時(shí)間的距離。設(shè) 計(jì)時(shí)取 20時(shí)的聲速為 344m/s，則有 L=(172T。/10000)（4-1） 其中：T。為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)數(shù)值。 測(cè)出距離后，結(jié)果將移十進(jìn)制 BCD 碼方式送往 LED 顯示約 0.5s，然后再發(fā)出超聲 波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。圖 4-2 所示為主程序流程圖。 圖 4-2 主程序流程圖 4.3 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) P1.0 端口發(fā)送兩個(gè)左右的超聲波脈沖信號(hào)（頻 率約為 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)。超 聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確，所以必須采用匯編語(yǔ)言編程。 超聲波測(cè)距的主要程序利用外中斷 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)入超聲波接收中斷程序。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。 如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還為檢測(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，以表示本次測(cè)距不成功。具體的程序框圖可參 看附錄。 4.4 報(bào)警電路程序設(shè)計(jì) 其實(shí)報(bào)警電路的程序設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)單的，只要計(jì)算出最小距離時(shí)報(bào)警的計(jì)數(shù)值就可 以在程序中嵌套比較，當(dāng) T0 小于這個(gè)計(jì)數(shù)值是就發(fā)出報(bào)警的聲音且繼續(xù)運(yùn)行到顯示程 序，直至程序運(yùn)行完畢；或者大于這個(gè)計(jì)數(shù)值時(shí)繼續(xù)運(yùn)行到顯示程序，一直到程序運(yùn) 行完畢，完成一次檢測(cè)顯示過(guò)程。 4.5 本章小結(jié) 這一章主要介紹了系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，從超聲波的發(fā)