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文档简介
本本 科科 生生 毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 基于单片机的倒车系统设计 张 X X 院 系 电子信息工程系 专 业 测控技术与仪器 班 级 测控 081 学 号 810707132 指导教师 陈 X X 职称 或学位 教授 2012 年 5 月 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文 设计 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论 文 设计 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对 本论文 设计 的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确 方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学生签名 年 月 日 指导声明 本人指导的 同学的毕业论文 设计 题目大小 难 度适当 且符合该同学所学专业的培养目标的要求 本人在指导过 程中 通过网上文献搜索及文献比对等方式 对其毕业论文 设计 内容进行了检查 未发现抄袭现象 特此声明 指导教师签名 年 月 日 目 录 1 超声波测距的工作原理 2 1 1 超声波传感器 2 1 2 超声波测距原理及实现 3 1 3 超声波测距系统参数选择 3 2 系统硬件设计 4 2 1 AT89C52 芯片介绍 4 2 2 发射与接收电路设计 5 2 3 显示电路设计 6 2 4 报警电路设计 7 2 5 复位电路 7 2 6 时钟电路 8 3 系统软件实现 8 3 1 主程序 8 3 2 脉冲的产生及发送 9 3 3 DS18B20 温度采集程序 10 3 4 LCD 显示程序 10 3 5 数据转换及距离计算 11 3 6 蜂鸣报警程序 12 4 基于 PROTEUS 的软件仿真 12 5 系统误差分析及改进 14 5 1 温度对超声波声速的影响 14 5 2 超声波反射角的影响 14 5 3 系统的改进 14 6 结论 15 结束语 15 致谢 15 参考文献 16 附录 17 基于单片机的倒车系统设计 张 X X 电子信息工程系 指导教师 陈学军 摘要 随着社会的进步 人们生活水平的提高 倒车过程中的安全问题就显得越来越受人重视 设计利用超声波测距原理来实现安全倒车 在硬件方面采用以 AT89C52 芯片为核心 辅助以 LCD 显示电路 声音报警电路 时钟电路 复位电路和超声波收 发电路 并对各个电路核心部 分的原理进行详细的阐述 在软件编程方面是以汇编语言为主 再结合 C 语言在计算上的简便性 达到便于后期修改的模块化形式 同时给出了各个模块的具体流程图 在设计的最后还给出了超 声波测距系统的误差分析及改进的方案 关键词 倒车 超声波 AT89C52 芯片 测距 Design of Reverse System Based on SCM Yangguang Zhang Electronic ultrasonic AT89C52 chip ranging 1 超声波测距的工作原理 1 1 超声波传感器 超声波传感器中的超声波 是以前在中学的物理课上学过的 当物体振动时会发出声响 微小的 振动不会被人耳感知 而超过一定大小的振动则会引起人耳的共鸣 通常来说正常人能听到的声频段 是在 20Hz 20KHz 范围之内 于是这个声频段的声波就被人称之为可听声波 超出该频率范围的声音 人耳便听不到了 其中频率低于可听声波的是低频声波 频率高于可听声波的是超声波 简称为超声 超声波与人耳平常听到的声波在本质上其实是一致的 它们都是由一种物质振动产生 以横波或纵波 的方式通过一定的介质传播开来的 是一种能量的传播形式 它们的不同点在于频率的高低与波长的 长短等 超声波具有频率高 波长短的特点 课题之所以选择超声波作为传感器来测距 更重要的是 因为它在空气中指向性很强而且可传递强能量 在短时间内它的能耗又很低 超声波传感器可以将电能转变为所需的任意超生能 当然反过来也可以将超生能转变为电能以便 通过设计电路来进行数据处理 1 超声波传感器主要分为两个类别即电声型和流体动力型 因这两者 产生的超声波频率 声波及功率各不相同 也就导致了它们将适用于不同的场合 这里将使用的压电 传感器是电声型的一种 它的探头部分由晶片 楔块 外拉接头等组成如图 1 所示 是实现声电转换 的重要部分 图 1 超声波发生器图 超声波传感器的内部是由两块压电晶片与一个共振盘组成 它们由两根金属线引出外壳作为两电 极 外部是由金属网包裹 其工作原理简单的说就是当两电极外加的信号频率和压电晶片的固有频率 相同时 两块压电晶片就产生共振 通过带动共振盘的振动 就得到了测距所需的超声波 相反 若两电极没有通电压 而此时外来的超声波又刚好被共振盘接收时 超声波就驱动共振盘 振动并带动外接有导线的压电晶片一起振动 从而就实现了把振动的机械能转变为电能的目的 再通 过导线传出以便于后期相应的数据处理 1 2 超声波测距原理及实现 超声波测距的实现 2 是根据其特有的性能分为脉冲回波法 频差法和共振法 每种方法都各有自 己的优缺点 所以都是一些很有用的测距方法 这里根据本课题的实际情况来考虑将使用脉冲回波法 3 它利用的就是超声波的反射特性 超声波测距 其原理是向超声波的发射器输入脉冲串 通过超声波发生器产生机械波 同时单片 机开始计时 超声波通过介质沿直线传播到障碍物的表面 在被测面发生反射与折射作用后 其中被 反射的部分中有一小部分可以被超声波的接收器接收 经过声 电转换 就完成了把不可测量转化为可 测量的过程 但得到的信号由于在反射到被接收过程中有较多的损耗 所以能够到达接收器的信号只 剩毫伏级的正弦波信号了 固需要经放大 整形电路后传送到单片机 期间 从发射端发射信号到接 收端接收信号的时间即为往返时间 t 根据物理上计算路程的公式 sv t 利用到超声波测距的实际中可转换为 2sc t 其中 s 就是所求的车尾与障碍物间的距离 c 是超声波在常温下于空气中的传播速度 1 3 超声波测距系统参数选择 如图 2 所示超声波测距系统主要由超声波传感器 超声波发射及接受电路 放大 整形电路 单 片机控制电路 LCD 显示 报警系统等组成 探头 通道选择 激励脉冲 中 断 信 号 回 波 信 号 超声波 发射与 接收电 路 双 四 选 一 开 关 超声波放大 与整形电路 单 片 机 控 制 电 路 声光报警 电路 LCD 显示 电路 图 2 超声波测距系统图 超声波传感器性能的好坏很大程度上决定了超声波测距的准确性 灵敏性 而超声波传感器中则 是以探头的选择为主 超声波传感器的探头一般有收发一体式与收发分体式 鉴于要测的表面不一定 都是光滑平整的 所以反射时有一定的角度 固可以选择电子市场上较常见的收发分体式 其一般频 率选 40KHz 探头的型号接收端用 SZW R40 10P 传感器和发射端用 SZW S40 12M 传感器 这两支传 感器的特性参数如表 1 所示 表 1 收发传感器特性参数表 型号SZW S40 12MSZW R40 1OP 结构开放式开放式 使用方式发射接收 中心频率 40 1KHz40 1KHz 声压115dBmin 0dB 0 02mPa 70dBmin 0dB 1V bar 指向性 75 80 容量 2500 25 pF1100 25 pF 最低使用温度 40 40 最高使用温度 85 85 最小探测距离0 2m0 2m 最大探测距离4m4m 分辨率9mm9mm 最大输入电压20Vp p 连续信号20Vp p 连续信号 为了能够引起探头中压电晶片的共振 发射电路频率宜选择传感器的固有频率 40KHz 这样才有 可能使其工作于谐振频率从而达到最优的特性 超声波电信号放大 整形部分可用集成电路 CX20106 选 AT89C52 作为单片机核心芯片 2 系统硬件设计 超声波测距系统硬件部分包括单片机控制电路 超声波收 发电路 信号整形 放大电路 LCD 显示电路 蜂鸣报警电路 复位电路以及时钟电路等的设计 以上每种电路的设计都有多种方案 下 面介绍的电路设计方案都是各个部分电路中比较常见的 2 1 AT89C52 芯片介绍 AT89C52 单片机 4 是应用于超声波测距系统中常用的芯片之一 它是一种带 8K 字节闪存的高性 能 低电压微处理器 包括以下几个部件 1 兼容 MCS51 指令系统 2 一个 8 位 CPU 3 一个片内振荡器及时钟电路 4 8k Flash ROM 5 128 8 位内部 RAM 6 32 条双向 I O 口 7 3 个 16 位定时器 计数器中断 8 8 个中断源 9 2 个读写中断口线 3 级加密位 10 一个可编程串行通道 AT89C52 单片机芯片的引脚介绍如图 3 所示 图 3 AT89C52 芯片图 AT89C52 单片机的输入输出端口在编程上是根据应用电路的具体要求和功能对其进行编程的 其 具体步骤有以下四点 1 先根据实际电路的要求来选择输入输出端口 2 初始化端口应尽量避免端口作为输出时的起初阶段会出现不确定状态 影响电路正常的工 作 3 用作输入的 I O 管脚 如需上拉电阻就再通过输入上拉使能寄存器作为其内部配置的上拉电 阻 4 最后对输入输出端口进行输出与输入编程 2 2 发射与接收电路设计 发射电路是由脉冲发射电路与脉冲产生电路组成的 其中脉冲产生电路的目的是得到 40KHz 的脉 冲电压 它是由多个 74HC04 反相器和电阻构成的 由单片机 P2 口控制 其中 U1A 反相器是让输入 到传感器两端的电压置反以便得到足够的压差来驱动传感器发射超声波 电路图如图 4 所示 图 4 超声波发射电路图 超声波接收电路主要是用于检测回波 并在接收到超声波的同时向单片机发出中断来停止计时 超声波测距系统的一个主要因素传播时间是由接收电路设计的好坏决定的 如图 5 所示的接收电路主 要由 CX20106 芯片执行命令其中包括检波 滤波放大和整形等功能 其中检波电路是用于接收反射回 来的回波 接着由滤波放大电路对信号进行放大 而整形部分则是把接收到的信号整理成 C52 单片机 能够识别的信号并向单片机提出中断计时的指示 在这里滤波电路的作用尤其重要 因为超声波在传 播 反射与折射后能够被探头接收到的信号已经十分微弱而且还可能夹杂着一些噪声 鉴于此接收电 路可以设计两个以上的滤波放大模块对信号进行多级放大 图 5 超声波接收电路图 2 3 显示电路设计 显示部分采用 LM016L 液晶显示 它是利用液晶材料的光电效应 即对其施加电场 其分子排列 就会发生变化 进而对液晶整体的光学折射特点产生影响 通过造成人们视觉的变化来达到显示所需 数字的目的 它有着比较多的特点如微功耗 使用寿命长 屏幕大且清晰 低压等 电路图如图 6 所 示 LM016L 液晶显示共 16 个管脚 在编程时只用到其中主要的几个管脚 分别是 使能信号 E 读 写选择端 R W 数据命令端 RS 接着就是对这三个管脚进行初始化 写命令等 这里当 R W 中加高 平电压时是进行读操作 而加低平电压时是进行写操作 RS 作为寄存器的选择端 加高平电压是当做 数据寄存器 加低平电压就是当做指令寄存器 5 该液晶显示的操作时序如表 2 所示 图 6 显示电路图 表 2 操作时序表 RSR W操作说明 00写入指令码 D0 D7 01读取输出的 D0 D7 状态字 10写入数据 D0 D7 11从 D0 D7 读取数据 注 开始时初始化时 E 为 0 然后置 E 为 1 再进行清零 读取状态字的时侯 D7 位中 当 D7 1 时 是禁止读写操作 D7 0 是允许读写操作 2 4 报警电路设计 系统的报警电路如图 7 所示其中由 NPN 管 电阻和蜂鸣器组成 声音报警指的是当超声波探测 到的障碍物距离小于所设定的安全值时装置就会发出声音提醒驾驶员 声音报警器使用 BUZZER 它 自带着一种报警音 可以给驾驶员直接的提示 图 7 声报警电路图 2 5 复位电路 复位操作顾名思义就是指恢复到起始的状态 在这里是用来让单片机片初始化的 使单片机能够 从出产前的状态运行 单片机复位电路通常采用上电自动复位 按键电平复位及系统复位 考虑到设 计结构较简单 干扰又不是很大 固用上电自动复位 4 电路图如图 8 所示 图 8 上电复位电路图 至于该测距系统为什么需要一个复位电路 是因为在单片机应用系统工作时 可能会由于一些程 序上的运行出错或操作上的错误导致系统死循环跳不出来 从而使装置不能再正常工作 这时就需要 复位来重新启动 固系统的复位电路是十分重要的要保证其精确 可靠的工作 要想使系统能可靠的 复位 只要 RST 端保持高电平就可以让单片机处于循环复位中 2 6 时钟电路 每块核心单片机都必须带有一个时钟电路 它是用来给单片机内部提供正常工作的一个时间基准 如图 9 所示的时钟电路是由两个起稳定振荡频率 快速起振作用的电容器与一个 12MHz 的晶体振荡 器组成的 这里选用的是以内部振荡方式得到时钟信号的电路 图 9 时钟电路图 3 系统软件实现 针对上述介绍的系统硬件基本框架 接下来辅助以软件方面的实现 系统软件实现的目标主要是 增进系统功能的实现以及在数据处理方面的应用 这里在倒车系统中装配了四路测距通道 分别把传 感器安装在车尾的左 左中 右中 右四个方位 这样能够比较精确的测得车尾与障碍物的实际距离 软件实现上对这四路测距通道采用分时工作的方式 就是以从左到右的顺序循环发射与接收超声波进 行测距 整个软件系统在编程方面采用汇编语言及 C 语言 这里利用了汇编语言具有较高的效率及易 精细计算时间的优点与 C 语言在计算方面的简便 在上述两种语言作为编程的基础上系统软件采用模 块化设计 这种设计方式比较有利于后续的改动 也有利于读者的理解 其主要包含有主程序 温度 采集程序及显示报警程序 主程序要完成的是系统初始化的工作 中断程序包括定时中断服务子程序 与外部中断服务子程序 前者的任务是合理 有序的分配四路测距系统超声波的收发 而后者是完成 对超声波传播时间的读取及计算 最后将所得结果输出 显示报警电路是用来产生能给驾驶员直观提 示的电路 3 1主程序 主程序流程图如图 10 所示所要的任务是要对系统进行各种操作初始化的 它是一个单片机程序的 主体 统领着单片机整个程序的有效运行 在这个过程中主程序可以不断的调用子程序与中断服务程 序 既一个初始化 调用 等待响应的过程 N Y Y N 单片机初始化 开始 发射超声波 定时器开始计时 停止计时 定时器初始化 结束 计算距离 检测是否有回波 四路是否检测完 Y N LCD 显示 距离小于 100cm 蜂鸣报警 图 10 主程序流程图 3 2 脉冲的产生及发送 脉冲的产生是这个超声波测距系统的首要步骤 当然在这之前先要运行主程序中的初始化部分程 序 也就是对定时 计数器 T0 进行初始化 选 M1 M0 分别为 0 和 1 的工作方式 1 的定时模式 在初 始化程序中写入初始程序 TMOD 0 x11 接着通过 P1 0 端口发送频率大约为 40kHz 的方波来作为超声 波的脉冲信号 与此同时启动计数器 T0 进行计时 脉冲的产生程序较简单 而且又要求运行准确 固可以直接采用汇编语言进行编程 以获得超声波传播经过的时间 流程图如图 11 所示 中断入口 定时器 0 初始化 定时器 1 清零 送出高电平 延时子程序 电平拉低 启动定时器 1 返回 图 11 超声波发送子程序流程图 3 3 DS18B20 温度采集程序 温度采集在软件方面的实现较为简单 其流程图如图 12 所示 初始化 字节写入子程序 字节读出子程序 读温度子程序 返回 图 12 温度采集流程图 DS18B20 的工作方式是先对其初始化 接着执行存储器的操作指令 最后进行数据的传输 3 4 LCD 显示程序 LCD 显示块的运行程序流程图如图 13 所示 包括 LCD 的初始化 检查忙碌状态 写指令与数据 函数 接着就是 LCD 的显示操作了 由于液晶显示器是一种运行速度较为慢的零件 固在对其执行每 一条指令时必须附带的先对其进行查忙操作 若检测到的是低电平信号则表示 LCD 显示器此时不忙 否则写入的任何指令都将被其视为无效 初始化 LCD 忙状态检 测 写指令函数 写数据函数 LCD 显示 返回 图 13 LCD 显示程序流程图 在编写这块程序的时候 是将通过计算所得的各个距离结果保存到一个数组中 接着读取需要的 数据传送到 LCD 显示屏中呈现给驾驶员 以便驾驶员能直观的对倒车情形进行准确的判断 3 5 数据转换及距离计算 通过上面对温度采集与 LCD 显示的介绍可知 这两种显示方式都是只接受 BCD 码的 所以有必 要设计一个数据转换程序 以便直接的读取显示 图 14 实现的就是数据的转换 首先从单片机中读取 进数据 接着进行补码与原码的转化 最后就是把数据写入显示数组 num 中 开始 读取数据 补码 原码转化子程序 数据写入显示数组 返回 图 14 数据转换程序流程图 由于距离是不能直接测得的 它与温度有关 需要通过相应公式的计算才能间接的获得 所以有 必要设计一个计算最终距离的程序如图 15 所示 其中包括温度与时间数据的读取以及结合温度与速度 的关系再加上读进的时间值来进行距离的计算 开始 读取速度值 计算时间值 计算距离值 返回 图 15 距离计算流程图 3 6 蜂鸣报警程序 倒车系统中的报警是根据测得的实际距离与设定警戒值之间的比较 在警戒值内的距离将激发报 警程序 其流程图如图 16 所示 程序中主要包括报警与延时两个部分 Y N 开始 读取距离值 LCD 显示 距离小于 100cm 蜂鸣报警 结束 图 16 报警流程图 4 基于 PROTEUS 的软件仿真 Proteus 是一款功能强大的软件 尤其是单片机系统的仿真 在设计的开发初期 用 Proteus 来仿 真 以便验证设计的可行性 并对设计的准确性做出分析 首先是要在 Proteus 上绘制出准备作为仿真 实验的电路原理图其如图 17 所示 用 Proteus 绘制好电路图后导入程序文件 用 Keil 编译过后的 HEX 文件 然后就可以执行仿真 在仿真的时候 P2 6 检测到高电平即为返回信号获得 由于在软件中没有 CX20106 模型 所以 P2 6 悬 空 则程序开始就认为返回信号获得了 所以显示了一个最小测量值 0118mm 而温度为 26 C 通 过调节 DS18B20 模型的温度可以测试显示温度是否正确 从图中可以看出显示的温度就是 DS18B20 的预设温度值 下面我们再来看看 P2 5 口是否有发射信号的产生 由于是频率比较高的信号 40KHz 所以不能通过二极管来观察到 所以在仿真的时候 P2 5 一直显示的是低电平状态 这时 必须用示波器来查看 如图 图 17 Proteus 仿真原理图 图 18 仿真结果图 从图 18 的仿真结果图可以看出 P2 5 口输出了信号 由于软件是间隔 60ms 发送一次 40KHz 的 信号 所以可以看到这样的尖脉冲信号产生 软件仿真的成功说明本设计达到了初步的要求 5 系统误差分析及改进 5 1 温度对超声波声速的影响 每一种声波在介质中传播时其速度都与温度有关 6 超声波也不例外 表 3 列出了超声波在多种 不同温度下的速度 表 3 温度与声速的关系 温度 30 20 10 0102030100 声速 米 秒 313319325323338344349386 在一般状况下 如果实际的温度变化不是很大 那么可以认为声速是一个基本上不变的值 用于 计算时取为 346 m s 而如果在应用中对精度的要求高 则可以尝试软硬件两个方面的改进办法 其中 硬件方面可以增加一个补偿电路 软件方面可以通过改进算法来加以校正 其中空气中声速与温度的 关系如下 273 16 331 45331 40 6 273 16 T cT 声速确定完 接着只要配合以超声波于空气中的往返时间 根据公式 s1 2 331 40 6 T t 即可得障碍物与车尾的距离 5 2 超声波反射角的影响 系统测距采用的是渡越时间法 其工作方式是从发射传感器中发射出超声波经障碍物放射后由接 收传感器获得信号 其原理如图 19 所示 图 19 超声波测距原理 为了进一步的改善倒车系统的测量精度 于是将增加反射角引起的距离误差 7 如图根据公式 22 s lh 可得更为准确的距离值 5 3 系统的改进 鉴于所学知识的局限及时间方面等的原因 下面将对设计存在的一些缺点进行简单的改进说明 1 在超声波发射的波形方面 设计采用的是方波 由于方波是一种高次谐波占量比较大的电 压波形 它将影响精确的鉴相 同时会增加发射波与接收的回波的谐波失真 所以可以考虑在后期设 计中将方波用正弦波来取代 2 大多数的硬件设备在如今的生活中都免不了受到一些外界的干扰 更不用说汽车这种完成 暴露于外界交通工具 所以进行系统设计时理所当然的的会想到使用一些抗干扰的措施 现在比较常 见的硬件抗干扰措施有隔离技术 接地的抗干扰处理以及元件的合理布局 8 比如 前面介绍的探头 就有金属作为外壳来降低其抗干扰的程度 同样在此系统的其他设计方面也要考虑到受干扰的程度及 使用什么方法对系统进行优化 在最大程度上减少整个系统的最后测量误差 3 由于超声波在发出 反射到被传感器接收其振幅会有很大的衰减 并且会呈现出指数规律 针对这种情况可以在超声波接收回路中增加一个增益调节电路与一个自动增益反馈控制环节 9 增益 调节的作用是使信号的放大倍数随着测量距离的增加同样呈指数规律增加 这样可以抵消接收到的波 形振幅值的变化 而加上自动增益反馈控制环节能让接收到的回波更加稳定 6 结论 系统是以单片机 AT89C52 为核心芯片 辅助以硬件电路与软件编程实现的一个可以用于对精度要 求不是很高的汽车上 倒车系统可以对一定范围内的距离在理论上实现测距的任务 但是由于现实条 件的制约 系统并没有达到最为理想的倒车测距系统的要求 存在着一定的缺陷 还有改进的空间 说实话对于那些稍微高档点的汽车 现在使用的倒车系统都是配备了整合影音的系统 不仅能够报距 而且可以全方位的显示汽车周围的环境 不过这种倒车系统一般都具有昂贵的身价 此次设计着重于 讲解了倒车系统的基本原理 并且可以据此生产出价格低廉的实物 具有较高的实用性 结束语 通过此次汽车倒车系统的设计 不仅巩固了本科期间所学的理论知识 同时也加强了把理论知识 付诸于解决实际问题的能力 通过对课题的全方位理解 加之在细节方面的慎重考虑 思维与动手能 力得到了前所未有的锻炼 并且丰富了这方面的经验知识 对以后的工作有一定的帮助 相信这样的 结果已经达到了学校设定毕业设计的目的 这次的毕业设计单从题目上看虽然感觉不是特别难 但是整个设计过程其实是相当复杂的 不用 说这次设计当中用到了很多从未学过的知识需要自己上网查资料 就那对某块的设计方案的抉择已经 够让人头疼的了 还有各种芯片的特点 各种设备的选用标准及适用条件 在设计中遇到的那些沟沟 坎坎的都不是很可怕 可怕的是连战胜它的想法都没有 相信自己只要坚定信心 刻苦专研 就会有 解决问题的办法 虽然设计的内容在很多方面都存在改进的地方 但伴随着自己在专业知识方面的不 断巩固加强 在不久的将来或许会得以解决 即使那时候可能不会在为设计的完善工作做实际性的修 改 但至少立足于此 学到了很多 这才是最重要的 致谢 此次毕业设计 首先要感谢陈老师 因为做这个毕业设计的时候由于考研等各方面的原因时间本 来就不是很多 所以很多时候在提交一些前期材料的时候总是有所推迟 给老师的总体工作进度造成 了不可避免的影响 但就这样老师也还是在设计中对询问的问题给予了悉心的指导 当然也要感谢同 一组做设计的同学 他们在毕业设计期间提了很多宝贵的意见 而且也曾经帮忙一起解决了很多设计 中遇到的问题 除了他们外 当然还有很多的老师和同学对此次毕业设计做出了或直接或间接的帮助 在这里无 法一一列举 不过还是表示衷心的感谢 参考文献 1 徐国华 超声波测距系统的设计与实现 J 电子技术应用 2010 12 6 7 2 肖质红 超声波测距仪在汽车安全系统中的应用 J 浙江万里学院学报 2007 5 43 46 3 赵珂 时差法超声测距仪的研制 J 测控技术 2005 24 4 77 79 4 李群芳 张士军 单片微型计算机与接口技术 M 北京 电子工业出版社 2008 5 赵亮 用单片机控制液晶显示模块 LCD1602 J 无线电 2007 03 634 36 37 6 赵小强 赵连玉 超声波测距系统中的温度补偿 J 控制与检测 2008 12 62 64 7 苏伟 巩壁建 超声波测距误差分析 J 传感器技术 2004 23 6 8 11 8 祝敏 超声波测距误差分析及修正方法 J 计量与测试技术 2009 36 2 21 24 9 曾祥进 王敏 黄心汉 自动增益电路在超声波测距系统中的应用研究 J 测控技术 2005 24 7 69 71 附录附录 Proteus 中画得的系统总体电路图 程序 include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar code dispBUF 33 Temperature Distance mm uchar numcode 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 uint num 29 0 uchar jsh jsl 计数器的高低位 uchar count 0 10 秒计次数 uint distance 距离 uint temp 温度变量 uchar bdata flag DS18B20 存在标准 sbit RS P2 0 LCD RS sbit RW P2 1 LCD RW sbit E P2 2 LCD E sbit DQ P2 7 DS18B20 数字端口 sbit Busy P0 7 LCD 忙 void Delay uint time void delay1ms uint ms void delay void delay15 uchar us void BUMA void void B20 WDAT uchar dat uchar B20 RDAT void void Init 18B20 void 初始化 18B20 void Write Comm uchar 写入 LCD 命令 void Write Data uchar 写入 LCD 数据 void Init LCD void sbit sta flag flag 0 10MS 到标准位 flag 即通用标志位 当 sta flag 1 时 表 示到了 10ms sbit fuhao flag 1 温度的符号位 sbit START P1 0 启动测距 sbit CNT P2 5 发射超声波 sbit CSBIN P2 6 返回信号 sbit BUZZER P3 7 定时器 1 溢出 void timer1 void interrupt 2 using 1 TR1 0 关闭定时器 计数器 1 定时器 0 溢出中断函数 每 60MS 溢出 void timer0 void interrupt 1 using 0 定时器 0 TH0 0 x15 TL0 0 xA0 定时器 0 设定初值 TH1 0 TL1 0 计数器 1 清零 sta flag 1 count nop nop nop nop CNT 1 先延时 后开始发送 40KHz 的超声波 nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop 40KHZ 的倒数就是 25us 12 个 nop 就是 24us CNT 0 保持一段时间高电平 nop nop nop nop TR1 1 延时 避免直达信号干扰 启动定时器 计数器 1 delay15 50 延时避开直达信号 系统初始化 void SYS INIT uchar i for i 0 i 29 i 显示清零 num i 0 TMOD 0 x11 工作方式寄存器 TMOD 设置定时器 计数器 0 和 1 均 为 16 位定时 计数器 TH0 0 x15 TL0 0 xA0 设置定时器 计数器 0 的初值 60ms 溢出 P0 0 CNT 0 P2 5 口 发射发射超声波 CSBIN 1 P2 6 口 接收信号 EA 1 开总中断 距离计算 void JULIJS 使用全局变量 可以定义为空 float c d s uint t if temp 0 x8000 c 331 4 0 61 temp 0 0625 else 温度为负 c 331 4 0 61 temp 0 0625 t jsh 256 jsl 120 计算计数值 d c t 0 001 2 d d s d 7 98 distance sqrt s 修正后的值 数据通过全局变量 distance 传输 转换成 2 进制 void HEXtoBCD float tp unsigned long int tmp fuhao 0 温度符号位 if temp 0 x8000 tp temp 0 0625 else 温度为负 则求补码得到原码 BUMA tp temp 0 0625 fuhao 1 tp 10 tmp tp num 12 tmp 100 数据转换后放到显示数组里面 if fuhao num 12 num 12 0 x80 最高位加上符号位 num 13 tmp 10 tmp 100 10 tmp distance num 25 tmp 1000 tmp 1000 num 26 tmp 100 tmp 100 num 27 tmp 10 tmp 10 num 28 tmp 1 温度转换函数 void TESTTEMP Init 18B20 初始化 18B20 if flag B20 WDAT 0 xCC 跳过读序号列号的操作 忽略 ROM 匹配 B20 WDAT 0 x44 发送温度转化命令 读取温度函数 uint GET WD void uint a 0 b 0 t 0 Init 18B20 初始化 18B20 B20 WDAT 0 xCC 跳过读序号列号的操作 B20 WDAT 0 xBE 发送读温度命令 a B20 RDAT b B20 RDAT 读取一个字节 读出高 8 位和低 8 位 t b t 0 i DQ 0 拉低数据线 开始读数据 dat 1 DQ 1 拉高数据线 停止读数据 if DQ dat 0 x80 拼装处理 Delay 15 return dat 注意读取的为补码 写数据 void B20 WDAT uchar dat uchar i 0 for i 8 i 0 i DQ 0 拉低数据线至少 15us 以作为起始信号 DQ dat 取出低位的一位数据 Delay 5 稍作延时 DQ 1 将数据线拉高以作为停止信号 dat 1 移位 为写入下一位数据做准备 数据转换函数 void BUMA temp temp 按位取反 temp 1 LCD 显示函数 void LCD DISP uchar a b d Init LCD Write Comm 0 x01 清显示 Write Comm 0 x80 写首地址 for a 0 a11 待显示的结果 if 14 a d 0 xdf Write Data d 写入要显示的数据 Write Comm 0 xc0 换行 换到第二行 for b 16 b24 Write Data d 写入要显示的数据 数据传输 检查 LCD 忙状态 bit LCD BUSY lcd busy 为 1 时 忙 等待 lcd busy 为 0 时 闲 可写 指令与数据 bit BS RW 1 RS 0 E 1 delay1ms 1 BS bit P0 E 0 return BS 写指令函数 void Write Comm uchar lcdcomm 写指令 while LCD BUSY RS 0 RW 0 E 1 delay1ms 1 P0 lcdcomm delay1ms 1 E 0 写数据函数 void Write Data uchar lcddata 写数据 while LCD BUSY RS 1 RW 0 E 1 delay1ms 1 P0 lcddata delay1ms 1 判断是否忙状态 E 0 初始化 LCD void Init LCD delay 稍微延时 等待 LCD 进入工作状态 Write Comm 0 x01 清显示 Delay 2 Write Comm 0 x38 8 位 2 行 5 8 Delay 2 Write Comm 0 x06 文字不动 光标右移 Delay 2 Write Comm 0 x0c 显示开 关 光标开闪烁开 Delay 2 延时 n 15US 函数 void delay15 uchar us do nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop us while us 18b20 延时函数 void Delay uint time while time 延时 1MS void delay1ms uint ms uint i j for i 0 i ms i for j 0 j 100 j 显示延时函数 void delay uchar y for y 0 y 0 xff y 导通即可驱动蜂鸣器 void beep uint bp uchar i j for i 0 i 250 i BUZZER BUZZER BEEP 取反 for j 0 j bp j 需要产生方波 nop 一个 CPU 周期 BUZZER 0 关闭蜂鸣器 系统主函数 void main void uchar i j for i 0 i 255 i for j 0 j 255 j 延时 SYS INIT 初始化 while START beep 150 调用 beep 函数 使喇叭发声 delay1ms 500 LCD DISP 显示 sta flag 0 标准位复位 ET0 1 开定时器 0 中断 TR0 1 启动定时器 0 TESTTEMP 启动温度转换 while 1 if sta flag 10MS 到了 sta flag 1 while 0 CSBIN 收到回波 TR1 0 关闭计数器 1 jsh TH1 jsl TL1 读取计数器高低位的数值 HEXtoBCD 转换成 BCD 码 JULIJS 计算距离 if 15 count 900MS 到 检测温度 temp GET WD 读取温度 count 0 TESTTEMP 重新启动转换 LCD DISP 刷新显示 sta flag 0 标准位复位 if distance 110 beep 150 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆 袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄 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