便攜式測距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

題目:英文題目：DesignofSystemonPortableRangefinder作者聲明本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）：簽字日期：年月日本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部內(nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名：年月日摘要STC89C52單片機(jī)是STC單片機(jī)中應(yīng)用中一款最為廣泛的單片機(jī)，在自動(dòng)化及其相關(guān)領(lǐng)域具有相當(dāng)高的價(jià)值，STC89C52單片機(jī)具有低功耗、高性能以及便于操作等特征受到了廣大愛好者的好評。超聲波測距儀在生活中能夠穩(wěn)定的測量出精確的距離，超聲波具有低能耗、易于傳播等特性，因此在生活中得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)主要以STC89C52單片機(jī)為核心加上超聲波傳感器來完成本次超聲波測距儀的制作，以STC89C52為主控芯片，發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，接收模塊接受發(fā)回的超聲波，利用超聲波傳感器對距離的測量以及單片機(jī)的運(yùn)算與處理得出相應(yīng)的距離，顯示結(jié)果。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案通過軟件和硬件以及各個(gè)模塊的相互配合得以實(shí)現(xiàn)。論文最后通過綜合實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)簡便及人性化的輸入操作以及顯示界面，實(shí)現(xiàn)了一定的測量精度，基本完成設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)要求,對超聲波測距儀低成本化的最終實(shí)現(xiàn)具有參考意義。關(guān)鍵字：超聲波傳感器；測距儀；模塊；單片機(jī)AbstractABSTRACTSTC89C52singlechipmicrocomputeristhemostwidelyusedintheapplicationofasinglechipmicrocomputerSTC，Ithasahighvalueinthefieldofautomationanditsrelatedfields，STC89C52MCUwithlowpowerconsumption,highperformanceandeasytooperate,andotherfeaturesbythemajorityoffans，Ultrasonicdistancemeasuringinstrumentcanbestableinlifetomeasuretheprecisedistance，Ultrasoundhasthecharacteristicsoflowenergyconsumption,easytospread,soithasbeenwidelyusedinlife.ThisdesignmainlyusestheSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecoreandtheultrasonicsensortocompletetheproductionoftheultrasonicdistancemeasuringinstrument.，STC89C52asthemaincontrolchip,transmittermoduletransmitsultrasonic,receivingmoduletoacceptthereturnedultrasonic,usingultrasonicsensorsfordistancemeasurementandMCUoperationandprocessingthattheappropriatedistance,theresultwillbedisplayed.Thedesignofthesystemprogramthroughthesoftwareandhardwareaswellastheinteractionbetweenthevariousmodulestoachieve.Finallythroughcomprehensiveexperimentsdemonstratethatdesignedthesystemtostableoperation,therealizationissimpleanduser-friendlyinputoperationanddisplayinterface,toachieveacertainmeasurementaccuracy,andbasicallycompletethedesignoftheexpectedrequirementsofthelowcostofultrasonicrangefindertheultimaterealizationofthereferencevalue.Keywords:Ultrasonicsensor;distancemeasuringinstrument;module;singlechipmicrocomputer緒論目錄緒論....................................................................31.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)..............................................................................................................61.1本論文主要研究內(nèi)容...............................................................................................61.2超聲波測距儀需求分析...........................................................................................61.3超聲波距離測量的方案...........................................................................................61.3.1超聲波傳感器測距原理................................................................................61.3.2超聲波傳感器的原理....................................................................................71.4系統(tǒng)主控芯片的方案與選擇...................................................................................81.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案...........................................................................................................91.6本章小結(jié).................................................................................................................102.超聲波測距儀的原理分析...............................................................................................112.1超聲波的基本概念及其特性.................................................................................112.2超聲波傳播速度.....................................................................................................122.3回聲探測法超聲波測距儀原理簡介.....................................................................142.4本章小結(jié).................................................................................................................153.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).............................................................................................................163.1主控電路...............................................................................................................173.2電源部分.................................................................................................................173.3超聲波測試模塊.....................................................................................................183.4時(shí)鐘電路模塊.........................................................................................................193.5復(fù)位電路模塊.........................................................................................................193.6按鍵模塊.................................................................................................................203.7聲音報(bào)警模塊.........................................................................................................213.8顯示模塊.................................................................................................................213.9本章小結(jié).................................................................................................................224.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)....................................................................................................................234.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)思路.........................................................................................234.2超聲波探測模塊的流程圖.....................................................................................244.5程序抗干擾處理.....................................................................................................264.6本章小結(jié).................................................................................................................275.實(shí)驗(yàn)最終調(diào)試與結(jié)果.......................................................................................................285.1焊接調(diào)試.................................................................................................................285.2硬件以及軟件調(diào)試.................................................................................................28致謝......................................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)..................................................................................................................................322緒論緒論自從文明起源的伊始，人類的測量方法就隨著時(shí)代的進(jìn)步也跟著發(fā)生變化，工具也是五花八門。隨著時(shí)代的進(jìn)步人類測量距離的方法也從簡單的尺子測量發(fā)展到可以利用超聲波對距離進(jìn)行精準(zhǔn)的測量。人們發(fā)現(xiàn)超聲波具有能耗低、指向性強(qiáng)、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此利用傳感器技術(shù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合制作可以利用超聲波進(jìn)行距離測量的精密儀器。目前超聲波測距已經(jīng)是最為廣泛的一種測距方法了，其具有方便、快捷、精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力等社會(huì)各行業(yè)領(lǐng)域中都有了它的身影。1.背景與意義早期我國的超聲波測距儀也是依賴于機(jī)械原理而進(jìn)行工作的，但隨著世界的電子技術(shù)的迅猛發(fā)展國內(nèi)的測距儀在各方面不甘落后，甚至在一些方面科技含量甚至更高、更好。但國內(nèi)的超聲波測距器，精度比較小誤差比較大，而且用于多方方向的測距儀也并不是很普及。然而隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，超聲波測距儀的作用將會(huì)越來越大。但是，然而就目前技術(shù)水平而言，人們可以準(zhǔn)確利用的測距技術(shù)還是相當(dāng)?shù)木窒?。因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有前途無限的技術(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儀器在各方面都將有很大的進(jìn)步以及發(fā)展的空間，它將朝著更加高定位、高精度的方向而發(fā)展，以達(dá)到人類日益發(fā)展的需求。目前超聲波測距儀在測量距離時(shí)都是利用超聲波在空氣中的傳播速度與時(shí)間之間關(guān)系進(jìn)行計(jì)算然后得出結(jié)果。常見的技術(shù)主要有微波雷達(dá)測距和利用超聲波測距以及利用激光測距這三種方法。因?yàn)槌暡ň哂兄赶蛐詮?qiáng)、能耗慢而且在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)的這些優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)常用于距離的測量。超聲波測距儀主要用于一些工業(yè)現(xiàn)場的方位查看、汽車的倒車、移動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)避障操作、建筑工地的施工，可以在高溫、潮濕以及多塵等非常惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作。相比較于其他的測量距離的技術(shù)而言，超聲波定位技術(shù)成本非常低，但是精度卻非常的高而且在操作上也非常簡便，工作穩(wěn)定又可靠，是非常適合于短距離的定位以及測量。由于人類生理所決定超聲波的振動(dòng)頻率只有在一定范圍內(nèi)才能被人的耳朵所識別，該范圍為20~20000赫茲。超聲波的頻率下限大約和人所能聽到的頻率上限相等。因此，我們就把頻率高于20000赫茲的聲波稱為之為“超聲波”。超聲波的各種性質(zhì)決定他是機(jī)械波，機(jī)械振動(dòng)與波動(dòng)是超聲波探測的物理基礎(chǔ)。超聲波在生活中有很多應(yīng)用，例如可用于距離測量、速度的測量、障礙物的測量、清潔功能、金屬焊接技術(shù)、殺滅細(xì)菌、檢查金屬物件的缺陷、以及焊接鋁金屬、清潔衣物、玻璃打孔、以及尋找沉沒了的輪船...等。超聲波的波長相比較于其他的聲波而言顯得特別長，因?yàn)橥ǔ５恼系K物都會(huì)比超聲波的波長大很多，所以說在衍射能力方面超聲波并不是很強(qiáng)，而且在介質(zhì)密度不3緒論發(fā)生任何改變的情況下，超聲波能夠沿著波的方向一直沿直線傳波，超聲波的波長越短它的直射能力就會(huì)越好。當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，帶動(dòng)空氣中的微粒往返振動(dòng)而對微粒做功。聲波的功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同情況下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就會(huì)越大，所以說超聲波跟聲波相比較，超聲波的功率比聲波要大的多。目前在國內(nèi)外的超聲波測距方面的能力和主要研究的方面是各不相同的，主要體現(xiàn)在對距離的精確度以及能量損耗上、不同的超聲波不同的操作頻率，超聲波信號的使用方法和超聲波測距處理器的選擇以及應(yīng)用上。因?yàn)槌暡ㄖ赶蛐詮?qiáng)非常的強(qiáng)而且能量消耗比較小，在很多的介質(zhì)中傳播的距離非常遠(yuǎn)，因此超聲波經(jīng)常用于距離的測量以及距離的判斷，使用超聲波測距往往都比較方便、迅速、便于計(jì)算、容易做到實(shí)時(shí)控制。研究可以語音播報(bào)的無線測距儀將在工業(yè)控制、能源水利勘探方面發(fā)揮重大意義，具有極大的優(yōu)勢和廣闊的前景。超聲波的測量并不需要接觸，并不會(huì)受到光照、電磁波或者粉塵等外來因素的干擾，超聲波的測距過程是利用了計(jì)算超聲波在被測物的物體和超聲波傳感器之間的傳輸時(shí)間然后通過計(jì)算來測量距離的，然而對于被測物體是沒有任何損害的。而且超聲波的傳播速度在一定范圍內(nèi)與頻率是沒有關(guān)系的。超聲波的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)被越來越多的人們所追捧。目前對于超聲波精確測距的要求也越來越廣，如油庫和水箱液面的精確測量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機(jī)械內(nèi)部損傷的檢測等。在機(jī)械制造，金屬冶煉，航海運(yùn)輸，航空事業(yè)、石油、車輛交通、化工等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。此外，在材料應(yīng)用、生物進(jìn)化等領(lǐng)域中也占具重要地位。超聲波測距的意義在于：距離檢測是一個(gè)非常重要的手段，我們可以利用這個(gè)原理制作出許多不同的傳感器，現(xiàn)在的超聲波測距裝置已經(jīng)相當(dāng)普及而且價(jià)格也非常便宜。超聲波在不同介質(zhì)中傳播的速度不一樣，就比如超聲波在氣體中傳播的速度并不等于超聲波在液體中傳播的速度，超聲波具有定向性好、能量釋放集中、傳輸過程中衰減較小、反射能力相當(dāng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。超聲波能以一定速度按照固定方向傳播，在碰到障礙物后產(chǎn)生反射，所以利用這一特點(diǎn)，我們可以通過測定超聲波往返所用時(shí)間然后就可以計(jì)算出相離的距離，從而實(shí)現(xiàn)無接觸從而測量物體的距離。超聲波測距具有迅速、快捷、方便等優(yōu)點(diǎn)，而且不受光線等因素的影響，廣泛應(yīng)用于水文液位測量、建筑施工工地的測量、現(xiàn)場的位置監(jiān)控、振動(dòng)儀車輛倒車障礙物的檢測、移動(dòng)機(jī)器入探測定位等領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字式超聲波測距儀通過對超聲波往返時(shí)間內(nèi)輸入到計(jì)數(shù)器特定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而顯示對應(yīng)的測量距離。2.研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)在近幾十年的迅猛發(fā)展，超聲波測距儀的應(yīng)用范圍也逐漸從工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)慢慢走進(jìn)了人們生活，如此廣泛的應(yīng)用使得提高人們對測距儀的了解顯得特別重要。隨著超聲波傳感器處理聲波方法的不斷改善，該如何研發(fā)新型、高性能超聲波換能4緒論器以進(jìn)一步拓寬超聲波測距的應(yīng)用，作為解決超聲波測距功能不足的一個(gè)根本手段，受到了國內(nèi)外越來越多的學(xué)者所關(guān)注，目前市場上普通的超聲波測距系統(tǒng)，一般采用發(fā)射單超聲脈沖的方法，這種方法在測距精度和可靠性等方面的研究已較成熟。但是當(dāng)它采用較高頻率超聲波時(shí)，會(huì)因空氣吸收而較快衰減，導(dǎo)致有效測量距離降低；在通過降低頻率以增大測距范圍時(shí)，測距的絕對誤差又會(huì)增大。因而該方法存在測量分辨力和有效作用距離的矛盾，極大制約了超聲波傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬?，F(xiàn)階段，我們國內(nèi)的一些科學(xué)家在對超聲波發(fā)射電路的優(yōu)化以及發(fā)射功率和發(fā)射頻率的控制，優(yōu)化最大探測距離的提高等方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。對新型超聲波傳感器進(jìn)行研究并取得了一定成果，但對新款的超聲波傳感器的組成材料、超聲波傳感器的創(chuàng)新方面的研究還是很不盡人意。超聲波測距功能因?yàn)槠湓肀容^簡單而且很容易達(dá)到效果以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在水位測量、自動(dòng)化機(jī)器人的定位和避障、汽車防護(hù)功能和曲面仿形檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波測距憑借其原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，因此同樣適用于機(jī)器人的研制上。用使移機(jī)器能自避障行走必須裝備測距系統(tǒng)使其及獲取距障礙物距離信息（距離向）超聲波測距系統(tǒng)機(jī)器解其前、左側(cè)右側(cè)環(huán)境提供運(yùn)距離信息。利用超聲波檢測往往比較迅速、便且計(jì)算簡單、易于做實(shí)控制測量精度面能達(dá)工業(yè)實(shí)用要求廣泛應(yīng)用本課題研究非實(shí)用商業(yè)價(jià)值。3.設(shè)計(jì)任務(wù)基于單片機(jī)以及超聲波傳感器原理，設(shè)計(jì)用于距離測量的超聲波測距儀的硬件電路和相應(yīng)的軟件并且制作樣品。要求實(shí)現(xiàn)樣品可以通過超聲波的測量得出準(zhǔn)確的距離。4.論文內(nèi)容安排論文首先介紹了國內(nèi)外超聲波測距儀以及超聲波傳感器的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀，分析了設(shè)計(jì)需求，對比論證了各種實(shí)現(xiàn)方案，確定系統(tǒng)總體方案的選擇。然后介紹了基于超聲波測距儀的原理，硬件部分的選擇。本文重點(diǎn)研究了超聲波測距儀的硬件模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、按鍵控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊等以及一些軟件設(shè)計(jì)部分的相關(guān)原理和工作流程。論文最后通過綜合實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)，并總結(jié)了課題研究中出現(xiàn)的問題，對造成流量測量誤差的各種因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究、分析。5.本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了了超聲波測距儀的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，特別介紹了超聲波測距儀的歷史背景以及現(xiàn)在國內(nèi)超聲波測距儀的主要情況，進(jìn)而闡明了本課題的研究意義；概述了本次設(shè)計(jì)任務(wù)與論文內(nèi)容安排。5系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.1本論文主要研究內(nèi)容本論文需要充分了解超聲波的傳播特性，以及在實(shí)際測量過程中各種干擾對于測量精度的影響，選擇相應(yīng)的硬件策略并采取合適軟件抗干擾措施確保測量的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)系統(tǒng)對應(yīng)的控制測量電路，并綜合儀器在設(shè)計(jì)方面的自身實(shí)際情況與現(xiàn)場環(huán)境解決出現(xiàn)的問題并提出改進(jìn)方案。1.2超聲波測距儀需求分析超聲波測距儀涵蓋了超聲波傳感裝置、蜂鳴器、單片機(jī)模塊（硬件控制模塊以及軟件控制模塊），設(shè)計(jì)的超聲波測距儀須達(dá)到以下功能：（1）距離測量超聲波測距儀的最主要功能就是對距離的測量，因此該實(shí)物需要達(dá)到能對距離進(jìn)行精準(zhǔn)的測量，以及準(zhǔn)確、直觀的顯示在數(shù)碼顯示管上。（2）數(shù)據(jù)計(jì)算利用超聲波傳感裝置對聲波的發(fā)送以及接受得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出所要測量的距離。（3）顯示模塊顯示模塊采用了四位顯示數(shù)碼管，在超聲波傳感裝置以及單片機(jī)對聲波處理和計(jì)算得出的距離數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確的顯示在四位數(shù)碼管上。（4）鍵盤輸入實(shí)物中含有3個(gè)按鍵，通過按鍵能夠分別實(shí)現(xiàn)設(shè)定、加、減這三種功能。（5）報(bào)警功能通過三個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)設(shè)定、加、減這三種功能，以實(shí)現(xiàn)報(bào)警的要求距離。通過蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警功能。（6）電源設(shè)計(jì)在電源設(shè)計(jì)方面采用了3節(jié)5號干電池，以達(dá)到4.5v的電壓。1.3超聲波距離測量的方案1.3.1超聲波傳感器測距原理利用超聲波裝置的發(fā)射器往任意一個(gè)方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的時(shí)候同時(shí)按下計(jì)時(shí)器開關(guān)開始計(jì)算時(shí)間，超聲波在空氣中的傳播規(guī)律就是只要碰到任何障礙物便會(huì)反射回來，因此超聲波裝置中的接收器在接受到反射波的同時(shí)就會(huì)立刻停止計(jì)時(shí)。在空氣中超聲波傳播的速度為V，聲波傳播的時(shí)間為T，所以我們能通過計(jì)算得到發(fā)射點(diǎn)距離障礙物的長度S=VT。本儀器在超聲波發(fā)射以后，對超聲波的發(fā)射一直到接收進(jìn)行計(jì)時(shí)。6系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)定時(shí)發(fā)射出超聲波，在啟動(dòng)發(fā)射超聲波的同時(shí)打開系統(tǒng)內(nèi)部的定時(shí)器，然后再利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能來記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到的反射回來的超聲波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波的反射波的同時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，控制系統(tǒng)在檢測到這個(gè)負(fù)跳變信號后，會(huì)停止計(jì)時(shí)器記時(shí)，讀取時(shí)間，計(jì)算距離,測量結(jié)果輸出給顯示設(shè)備。超聲波測距由于多種方法，例如：有渡越時(shí)間檢測法、相位檢測法以及聲波幅值檢測法等。聲波幅值檢測法受到反射波的干擾相對來說比較大。相位檢測法雖然得出的結(jié)果精度非常的高但是所能檢測范圍相當(dāng)有限。所以渡越時(shí)間法最為適合超聲波測距儀。渡越時(shí)間檢測法的原理：檢測超聲波（超聲波發(fā)射裝置所發(fā)射的），渡越時(shí)間就是超聲波通過空氣傳播返回超聲波接受裝置的時(shí)間。在氣體介質(zhì)中的聲速與渡越時(shí)間相乘，就是超聲波所經(jīng)過的路程，也就是測得的距離。目前超聲波測距已經(jīng)得到了相當(dāng)高的重視，國內(nèi)一般使用專用集成電路根據(jù)超聲波測距的原理設(shè)計(jì)各種各樣的測距儀器，然后專用集成電路的成本相對來說比較高、而且功能單一。而以單片機(jī)為核心的測距儀器則可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)置、多端口檢測、顯示數(shù)據(jù)、蜂鳴報(bào)警等多種功能，并且成本低廉、精度較高、操作簡便、工作穩(wěn)定性高、可靠。以8052為內(nèi)核的單片機(jī)系列，其硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有功能部件齊全、性能強(qiáng)大等特點(diǎn)。尤其值得一提的是，除了8位CPU以外，還具備一個(gè)很強(qiáng)的8位處理器，它本質(zhì)上是一個(gè)完整的8位微計(jì)算機(jī)，即包含完整的位CPU，位RAMROM（EPROM），位尋址寄存器、I/O口和指令集。因此，8052是雙CPU的單片機(jī)。位處理在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程測控等方面相當(dāng)有效，而8位處理則在數(shù)據(jù)采集和處理等方面具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢。1.3.2超聲波傳感器的原理能夠發(fā)射超聲波以及能夠接收超聲波的裝置就叫超聲波傳感器，一般稱之為為超聲換能器，有些時(shí)候也叫超聲波探頭。超聲波傳感器主要是由壓電晶片所構(gòu)成，既可以發(fā)出超聲波，也能夠收到超聲波。小功率的超聲換能器多用于一些勘探方面。它有很多不同的結(jié)構(gòu)部分，可以分成直探頭（發(fā)射縱波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）、斜探頭（發(fā)射橫波）、表面波探頭（發(fā)射表面波）、蘭姆波探頭（可以發(fā)射蘭姆波）等。超聲傳感器的核心是一塊壓電晶片一般處于他的塑料外套中或者有的是存在于金屬外套中。構(gòu)成晶片可以利用很多種材料，因?yàn)榫闹睆?、大小和密度、厚度都?huì)有所差異，因此不同的傳感器的性能都是不同的，在我們準(zhǔn)備操作前必須預(yù)先了解清楚該探頭的屬性以及性能情況。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：（1）工作頻率：壓電晶片在工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率就是工作頻率。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)，可以輸出最大的能量，在這時(shí)靈敏度也是7系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)最大值。（2）工作溫度：壓電材料的居里點(diǎn)一般都很高，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，可以長時(shí)間的工作而且也不會(huì)失去效果。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。圖1-1超聲波傳感器結(jié)構(gòu)1.4系統(tǒng)主控芯片的方案與選擇系統(tǒng)芯片的選型影響到系統(tǒng)總體性能，根據(jù)要求提出了兩個(gè)可行的芯片選型方案：（1）51單片機(jī)主控芯片為STC90C516RD+單片機(jī)，該款芯片工作電壓為3.5V-5.5V擁有Flash64K,SRAM1280字節(jié)，51單片機(jī)一共有39個(gè)I/O口并且機(jī)器周期可選擇，有EEPROM、看門狗功能，共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，外部中斷4路，掉電模式可由外部中斷喚醒。該芯片具有低廉的價(jià)格，相關(guān)技術(shù)資料成熟全面，但只有8位的處理能力。（2）52單片機(jī)52單片機(jī)使用的是MCS-51內(nèi)核而且具有低能耗、高性能CMOS8位微控制器具8k字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。相比與51單片機(jī)，52單片機(jī)有著更多的優(yōu)勢。相比較與51單片機(jī)，52單片機(jī)多了一個(gè)定時(shí)器，在串行通信中可以設(shè)置更高的波特率，RAM方面51是128而52卻是256。51單片機(jī)的晶振只有24MHz，而52單片機(jī)最高可以達(dá)到33MHz，而且在看門狗,在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過51單片機(jī)。8系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本次的超聲波測距儀的設(shè)計(jì)包括了軟件以及硬件兩個(gè)部分，主要的相關(guān)模塊分成了數(shù)據(jù)信息的收集模塊、鍵盤按鍵的控制模塊、四位數(shù)碼顯示管顯示模塊、報(bào)警等子模塊等。而在電路結(jié)構(gòu)方面則分成了3個(gè)部分，分別是：超聲波傳感器的相關(guān)電路、蜂鳴器相關(guān)電路以及單片機(jī)的控制電路。就對本次設(shè)計(jì)來說，本次的核心模塊也就是中心單元?jiǎng)t是靠單片機(jī)完成，所以本次的設(shè)計(jì)系統(tǒng)也算是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用。單片機(jī)的組成包括了硬件以及軟件，硬件部分主要是由單片機(jī)本身還有相關(guān)的輸入、輸出設(shè)備以及外部電路等所組成。軟件則是各種各樣的程序所構(gòu)成。單片機(jī)的系統(tǒng)研發(fā)過程主要包括總體的設(shè)計(jì)以及對軟硬件分別進(jìn)行設(shè)計(jì)等3個(gè)階段。本次設(shè)計(jì)的超聲波測距儀利用了STC89C52單片機(jī)作為核心的控制單元,每次當(dāng)測距儀所測到的距離小于所設(shè)定的距離時(shí)，主控芯片則將測到的數(shù)據(jù)與我們開始設(shè)置的距離進(jìn)行計(jì)算比較然后處理。最后控制蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如下圖所示：圖1-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖9系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)結(jié)合需求分析與系統(tǒng)總體方案的選擇，本設(shè)計(jì)的總體流程圖1-3如下：圖1-3本設(shè)計(jì)的總體流程圖1.6本章小結(jié)本章首先介紹了整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)的要求與目標(biāo)，闡明了在總體目標(biāo)基礎(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)大致步驟，接著對比分析了各個(gè)可行性方案的優(yōu)劣，最后提出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的最終方案。10超聲波測距原理分析2.超聲波測距儀的原理分析在確定了超聲波測距系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案之后，想要達(dá)到超聲波測距的具體功能，我們還需要了解以及掌握超聲波以及超聲波傳感器的一些基本理論與知識。本章主要介紹了超聲波的相關(guān)信息以及超聲波傳感器的相關(guān)信息，并詳細(xì)的闡述理論條件下的測量公式，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到預(yù)期的效果。2.1超聲波的基本概念及其特性超聲波是一種人耳無法聽到的波因?yàn)樗念l率超過20KHz，超聲波分橫向振蕩和縱向振蕩兩種形式，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，超聲波在不同的介質(zhì)中傳播的速度也會(huì)有所差異。超聲波的特性如下：波長：電磁波波的傳播速度為3×108m/s，而聲波的傳播速度卻很慢約340m/s。一來說波的傳播速度是用其頻率乘以波長然后得出來的，然而在僅僅只有340m/s的傳播速度的情況下波長比較短也就意味著可以在方向上獲得很高的分辨率以及對距離的清晰判斷。正因如此使得我們在測量時(shí)獲得了高精準(zhǔn)度。反射：超聲波只有通過反射才能確定物體的存在，因?yàn)榻饘俨牧稀⒛静?、泥土、玻璃、塑料產(chǎn)品和紙制品等幾乎可以把所有超聲波所反射，因此我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些物體。然而有些材料會(huì)吸收超聲波使得我們很難探測到他們例如：布、棉花、絨毛等，同時(shí)，在一些特殊情況的不規(guī)則反射，往往可能很難探測到凹凸不平的表面以及存在于傾斜角度過大地方的物體，正是這些原因決定了超聲波的理想測試環(huán)境是在空曠的場所，并且測試物體必須反射超聲波。溫度效應(yīng)：聲波的傳播速度一般用“c”表示，一般用公式c=331.5+0.607t(m/s)式中，t=溫度(℃)表示，由此公式可以看出波的傳播速度與溫度是密切相關(guān)的，溫度會(huì)影響到波的傳播速度。因此為了測量的精確性，我們在使用超聲波進(jìn)行測距時(shí)必須將溫度這一重要因素考慮進(jìn)去。衰減：超聲波在空氣中傳播會(huì)隨著傳播距離的增加超聲波強(qiáng)度變化成比例地減弱，這是衍射現(xiàn)象而造成的聲波在球形表面上的擴(kuò)散損失。如圖2-1所示，頻率越高的超聲波，衰減率也就會(huì)越高，超聲波的傳播距離也就越短，因此超聲波的衰減特性直接影響了超聲波傳感器有效距離。11超聲波測距原理分析圖2-1聲壓在不同距離下的衰減特性2.2超聲波傳播速度本次課題是要對距離進(jìn)行測量，因此所考慮的問題則是超聲波在介質(zhì)中中的傳播速度，現(xiàn)對空氣中超聲波傳播速度進(jìn)行分析：空氣中聲速公式：c=331.5+0.607t(m/s)式中，t=溫度(℃)表示，由此看出聲速度與溫度成正比，溫度越高聲速越快。水中聲速公式：C1449.24.6T0.55T20.00029T3(1.340.01T)(S35)0.016h（2-1）（其中C=聲速，T=水溫，S=含鹽量，h=水深）（T=[0,35℃],S=[0,45%]）根據(jù)資料的分析得到的超聲波在水中傳播速度與溫度T，含鹽量S及水深h有關(guān)，但是其中水深h多用于水下聲速計(jì)算，因此在流量測量中水深h可忽略不計(jì)。C1449.24.6T0.55T20.00029T3(1.340.01T)(S35)（2-2）使用MATLAB對其兩個(gè)變量水溫和含鹽量進(jìn)行曲線繪制：12超聲波測距原理分析圖2-1聲速與溫度變化關(guān)系曲線圖2-2聲速與含鹽量變化關(guān)系曲線由圖可以看出在給定變化區(qū)間內(nèi)，聲速隨著溫度或含鹽量的增加而增大。13超聲波測距原理分析2.3回聲探測法超聲波測距儀原理簡介利用超聲波測距中最長見的方法便是回聲探測法?；芈曁綔y法的原理：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在超聲波發(fā)射出去的同時(shí)，定時(shí)器也同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，中途如果碰到障礙物會(huì)馬上返回，超聲波在接收到返回波的同時(shí)停止計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的一般傳播速度為340m/s，然后按照計(jì)時(shí)器所記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出該位置離測距儀的距離s，即：s=340t/2。因?yàn)槌暡ㄒ彩且环N聲波，所以它的速度V和溫度密切相關(guān)。在測量時(shí)，如果傳播所經(jīng)過的介質(zhì)溫度變化不是很大，則可以近似的將超聲波的速度認(rèn)定為保持不變。但如果對測量的結(jié)果要求精度很高，則可以通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽y量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。超聲波發(fā)射障礙物超聲波接受圖2-2超聲波的測距原理以下為超聲波測距儀對距離進(jìn)行測量時(shí)的原理所要產(chǎn)生的相關(guān)計(jì)算，以及相關(guān)的原理公式：（2-1）HScosLH（2-2）arct()式中:L——兩探頭之間中心距離的一半已知傳播距離：14超聲波測距原理分析2Svt（2-3）式中:v——超聲波在介質(zhì)中的傳播速度t——超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間因此又此得出,只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間t,就可以由此得出我們所要求得的H。2.4本章小結(jié)本章介紹了本次超聲波測距儀設(shè)計(jì)的課題研究方法以及實(shí)施方式。15系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章根據(jù)回聲探測法超聲波測距儀總體方案的基礎(chǔ)，確定了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各模塊功能的硬件電路的相關(guān)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要由主控制模塊、電源部分、超聲波測試模塊、時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊、按鍵模塊、聲音報(bào)警模塊、以及顯示模塊所組成。本次設(shè)計(jì)需完成必須依靠以上各個(gè)模塊的參與，共同作用下達(dá)到預(yù)期的效果。如下圖3-1為本次設(shè)計(jì)的超聲波測距儀的硬件整體原理圖：圖3-1超聲波測距儀硬件整體電路圖16系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控電路作為整個(gè)超聲波測速系統(tǒng)中最為核心也是最為關(guān)鍵的一部分，本設(shè)計(jì)選擇STC89C52單片機(jī)。STC89C52單片機(jī)在擁有非常強(qiáng)的抗干擾能力的同時(shí)還擁有相當(dāng)高的運(yùn)算速度與能耗較低等特點(diǎn)，確保了它的適用程度以及整體的性能指標(biāo)。如下圖3-2所示為本次設(shè)計(jì)的超聲波測距儀的最小硬件系統(tǒng)。圖3-2最小硬件系統(tǒng)有分析得在本設(shè)計(jì)的超聲波測距儀中要用到以下器件：STC89C52單片機(jī)、超聲波傳感裝置、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。3.2電源部分本次設(shè)計(jì)在電源方面采用了自鎖開關(guān)的引腳識別方法，其硬件原理圖如下圖3-3，其中p2為電池或者USB的接口，sw1為電源的開關(guān)用來接通和斷開電源。其中12和45是常開觸點(diǎn)而23和56是常閉觸點(diǎn)。在開關(guān)按下了1245則該電路導(dǎo)通，2356則是斷開如是彈開開關(guān)則相反。17系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖3-3電源相關(guān)硬件圖3.3超聲波測試模塊超聲波測試模塊作為超聲波測距儀的最為重要部分之一，超聲波模塊的選擇決定了整機(jī)性能的好壞。本設(shè)計(jì)選擇使用HC-SR04作為本次超聲波測距儀的超聲波模塊，該模塊可提供2cm-500cm的范圍內(nèi)不需要接觸也能進(jìn)行測距，而且測距的精度還可以達(dá)到最高高3mm。本模塊包含了超聲波發(fā)射器、超聲波接收器與控制電路。本測試模塊采用IO口TRIG觸發(fā)然后進(jìn)行測距，只需要給10us的高電平信號，該測試模塊將會(huì)自行發(fā)送8個(gè)40KHz的方波，然后自動(dòng)檢測信號的返回與否，如果會(huì)有信號返回，則給IO口的輸出一個(gè)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)了多久則證明超聲波來回經(jīng)歷了多久。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。其中VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出等四支線。如下圖3-4為超聲波裝置的相關(guān)電路圖：圖3-4超聲波裝置電路圖如圖所示1接口接電源正極，4接電源負(fù)極也就是接地2和3接口分別接射腳（接p32口）和收腳（p33口），該超聲波模塊在實(shí)行時(shí)采用了定時(shí)器0進(jìn)行測量以及8分頻TCNTT0預(yù)設(shè)值0XCE，當(dāng)timer0溢出中斷發(fā)生2500次時(shí)為125ms，計(jì)算公式為（單18系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)位：ms）：T=（定時(shí)器0溢出次數(shù)*（0XFF-0XCE））/1000其中定時(shí)器0初值計(jì)算依據(jù)分頻不同而有差異。3.4時(shí)鐘電路模塊在時(shí)鐘電路方面方向放大器的輸入以及輸出分別為XTAL1和XTAL2。這個(gè)反向放大器也可以認(rèn)為是片內(nèi)的振蕩器。在本次設(shè)計(jì)里石晶材料的振蕩和陶瓷材料振蕩都可以使用。但是如果是采用了外部的時(shí)鐘用以驅(qū)動(dòng)硬件，則XTAL2應(yīng)不用連接。因?yàn)樵谝粋€(gè)特定的機(jī)器周期內(nèi)會(huì)包含6個(gè)狀態(tài)周期，2個(gè)振蕩周期合起來是一個(gè)狀態(tài)周期，因此一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)振蕩周期，如果外接的是石英材料晶體振蕩器則它的振蕩頻率則為12MHZ，所以一個(gè)振蕩周期為1/12us，因此一個(gè)機(jī)器周期就是1us。如圖3-5所示則是本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路模塊的相關(guān)電路圖。圖3-5時(shí)鐘電路電路圖3.5復(fù)位電路模塊傳統(tǒng)的復(fù)位方法一般有2種，一種為上電自動(dòng)復(fù)位方式還一種則是外部按鍵手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)將會(huì)在時(shí)鐘電路即將工作完成的同時(shí),在RESET端連續(xù)施加2個(gè)機(jī)器周期的高電平也就可以達(dá)成復(fù)位的要求。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則要求該電路的復(fù)位信號應(yīng)不小于2us的持續(xù)時(shí)間。本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路模塊是采用的自動(dòng)復(fù)位電路。如圖3-6示為本次設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖。19系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖3-6復(fù)位電路圖3.6按鍵模塊本次設(shè)計(jì)的超聲波測距的按鍵模塊采用的是獨(dú)立按鍵，相關(guān)電路中只使用了3個(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)為設(shè)定鍵，兩外兩個(gè)分別為加鍵和減鍵。設(shè)定鍵作為對本次設(shè)計(jì)的測距儀所要求的報(bào)警距進(jìn)行設(shè)定，加減兩鍵分別是對距離大小的控制，當(dāng)所測的的距離小于報(bào)警距離，蜂鳴器則開始報(bào)警。如圖3-7為一個(gè)獨(dú)立按鍵在系統(tǒng)中的相關(guān)電路圖：圖3-7獨(dú)立按鍵電路圖20系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.7聲音報(bào)警模塊本次設(shè)計(jì)中如若測得的距離小于所設(shè)定的距離時(shí)，蜂鳴器則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。在聲音報(bào)警電路中采用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的P13引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路。蜂鳴器在安裝時(shí)長腳接正極，短腳接負(fù)極。如下圖3-8為本次設(shè)計(jì)的聲音報(bào)警模塊的電路圖：圖3-8聲音報(bào)警電路3.8顯示模塊本次設(shè)計(jì)的超聲波測距儀中顯示模塊算是最為重要的一塊，因?yàn)樵摐y距模塊顯示了最后的測距結(jié)果，采用了4位數(shù)碼管將最后的測距結(jié)果顯示在上面，前兩位為所測得的米數(shù)，而后兩位為厘米數(shù)。顯示模塊采用數(shù)碼管顯示接口電路如圖3-9如下：圖3-9數(shù)碼顯示管接口電路21系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.9本章小結(jié)本章對本次設(shè)計(jì)中所要涉及的硬件部分中的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，以及對各個(gè)硬件部分的相關(guān)電路給出了圖示以及介紹。22系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文的前幾章已經(jīng)對本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案以及具體實(shí)施方法做出了介紹，同時(shí)在前一章更是對本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)硬件模塊以及連接方法進(jìn)行了簡要的介紹，基于前幾章的基礎(chǔ)本章節(jié)將要對本次設(shè)計(jì)中的軟件模塊方面做出一些簡要的描述以及介紹，以下則為軟件方面的簡要介紹。4.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)思路本次超聲波測距儀系統(tǒng)的程序采用的編程語言為C語言，基于KeilμVision4開發(fā)平臺。C語言是一門使用相當(dāng)普遍的一款計(jì)算機(jī)編程語言，受到了廣大計(jì)算機(jī)使用者的追捧。C語言給計(jì)算機(jī)編程提供了簡單的編程方法而且容易操作的低級處理器最主要還是減少了很多不必要的機(jī)器代碼以及隨時(shí)隨地很方便的進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程。與匯編程序相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因此更加容易讀懂學(xué)習(xí)、更加容易使用。因?yàn)楸敬纬暡y距儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將要達(dá)到報(bào)警功能，因此在程序編寫上因加入報(bào)警模塊的程序編寫，如下圖4-1為系統(tǒng)主程序工作流程圖：圖4-1為系統(tǒng)主程序工作流程圖23系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.2超聲波探測模塊的流程圖HC-SR04超聲波模塊具有兩種測量傳播時(shí)間的方法可以使用。其中一種是將一個(gè)一個(gè)大于10微秒的脈沖信號給其Trig引腳，此時(shí)該模塊將會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生8個(gè)40KHz的超聲波脈沖，然后在馬上打開計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)Echo引腳收到信號的同時(shí)計(jì)時(shí)器也開始關(guān)閉。然而這種方案卻存在一些缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是在操作的過程中非常的浪費(fèi)時(shí)間，而無法確定的是，到底什么時(shí)候發(fā)射模塊才會(huì)真正的開始發(fā)射超聲波的脈沖。而HC-SR04超聲波模塊卻提供了另一種比較可靠的計(jì)時(shí)方法。每當(dāng)Trig引腳被觸發(fā)時(shí)，開始發(fā)射超聲波脈沖，接收端收到脈沖后Echo引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)寬度與傳播時(shí)間成正比的脈沖。這樣只需要檢測Echo引腳返回的脈沖信號寬度，即可確定超聲波在發(fā)射端和接收端之間傳播的時(shí)間。下圖4-2為超聲波探測環(huán)節(jié)流程圖：圖4-2探測環(huán)節(jié)流程圖24系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.3按鍵程序超聲波測距儀帶有報(bào)警距離設(shè)定功能，報(bào)警距離自由設(shè)定的功能可以讓使用者根據(jù)自己的實(shí)際需要來對報(bào)警距離進(jìn)行設(shè)定。由于本設(shè)計(jì)在各種不同的場合都可以使用，所以可調(diào)節(jié)報(bào)警距離也加強(qiáng)了本設(shè)計(jì)在不同環(huán)境下的實(shí)用性。報(bào)警距離可調(diào)是通過按鍵來實(shí)現(xiàn)的，在系統(tǒng)初始化之后，系統(tǒng)會(huì)掃描設(shè)置鍵是否按下。在設(shè)置鍵被按下之后，可根據(jù)加減按鍵對之前保存的報(bào)警距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)報(bào)警距離設(shè)定完成之后，再次按下設(shè)置鍵，完成設(shè)置，成功更新報(bào)警距離。如下圖4-3為按鍵控制流程圖：圖4-3按鍵控制流程圖25系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.4顯示模塊超聲波測距儀需要通過顯示模塊才能讓使用者直觀地得到所需的測量數(shù)據(jù)，顯示模塊成為超聲波測距儀與使用者進(jìn)行信息交流的最重要的部分。通過顯示模塊，使用者可以得到測量值，或者調(diào)節(jié)報(bào)警距離。在超聲波測距儀啟動(dòng)之后，經(jīng)過初始化，數(shù)碼管默認(rèn)顯示測量值，此時(shí)顯示3位數(shù)碼管：若安下設(shè)置鍵，則數(shù)碼管顯示報(bào)警距離，報(bào)警距離的調(diào)整也會(huì)通過數(shù)碼管顯示出來，測試顯示4位數(shù)碼管。當(dāng)再次按下設(shè)置鍵后，退出報(bào)警距離的顯示，重新顯示測量值。如下圖4-4為顯示模塊流程圖：圖4-4顯示模塊流程圖4.5程序抗干擾處理在實(shí)驗(yàn)測量的現(xiàn)場一般很容易受到一些干擾或者是供電的不穩(wěn)定等原因?qū)?huì)影響到單片機(jī)核心的運(yùn)作，所以極有可能將會(huì)導(dǎo)致程序的跑飛，系統(tǒng)將會(huì)無法工作。這時(shí)候就必須使用到看門狗功能，規(guī)定時(shí)間內(nèi)如果該單片機(jī)不防問看門狗，則系統(tǒng)將會(huì)默認(rèn)此26系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)處于故障中，看門狗則會(huì)強(qiáng)行將單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，使單片機(jī)系統(tǒng)重新開始正常工作。4.6本章小結(jié)本章簡要介紹了超聲波測距儀各個(gè)模塊的程序流程圖以及實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)思路、原理和實(shí)現(xiàn)的方法。詳細(xì)的主程序以及子程序請參考附錄一。本章在最后還介紹了程序的抗干擾處理，以預(yù)防干擾因素對測試結(jié)果的影響。27實(shí)驗(yàn)最終調(diào)試與結(jié)果5.實(shí)驗(yàn)最終調(diào)試與結(jié)果5.1焊接調(diào)試在實(shí)物的最終調(diào)試時(shí)，焊接各個(gè)模塊是最主要的過程，在焊接完成后才能進(jìn)行對各個(gè)模塊的設(shè)置以及測試。焊接的步驟是首先焊接好系統(tǒng)的各個(gè)模塊芯片與材料，最后在焊接完每一個(gè)模塊的基礎(chǔ)上，再開始進(jìn)行單獨(dú)模塊檢測與調(diào)試。為了完成正常的焊接過程。而且想要要獲得好的焊接結(jié)果，就一定要將焊接的順序以及焊接的要點(diǎn)記清，嚴(yán)格按照焊接的流程來實(shí)施：最開始右手持電烙鐵，然后用左手持有尖嘴鉗持有元件或者導(dǎo)線。在焊接即將開始前，必須先將電烙鐵充分預(yù)熱，而且在烙鐵頭上面一定要含有足夠的錫。然后將烙鐵頭的側(cè)面緊貼在需要焊接的點(diǎn)，在角度方面也要求烙鐵頭與水平面大約成45℃角的范圍內(nèi)。以便于熔化的錫能夠直接從烙鐵頭上面流到焊接點(diǎn)上。在拿走焊錫絲的同時(shí)，需要將烙鐵頭在被焊接處停留2到3秒左右的時(shí)間。在拿開焊錫絲的時(shí)候，烙鐵不應(yīng)該馬上拿開，保持加熱使焊錫以及完成潤濕和擴(kuò)散的過程，一直等到焊點(diǎn)在最明亮?xí)r候再馬上拿走烙鐵，左手拿著元器件保持不動(dòng)。等待大約10秒的時(shí)間，焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固完成后，才可松開左手。整個(gè)焊接過程中，應(yīng)避免虛焊、短路、偏位、少錫、多錫、極性反向等情況的發(fā)生，并且注意布線的簡潔和布線的正確性。5.2硬件以及軟件調(diào)試在焊接以及實(shí)物安裝完畢以后，就可以將程序編