毕业设计（论文）- 基于ARM的超声波测距模块开发

河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 第一章 概述 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 3 . 3 . 4 第二章 系统原理分析 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 7 第三章 系统总体设计 . 11 . 11 . 11 . 12 . 13 . 13 . 13 . 14 . 14 第四章 系统硬件设计 . 16 . 16 . 16 . 16 声波传感器 . 16 . 17 . 17 . 19 . 20 . 20 . 21 . 21 行通信协议 . 21 行通信总线标准接口 . 21 . 22 . 22 . 22 . 23 第五章 系统软件设计 . 24 . 24 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 . 25 第六章 系统测试 . 29 . 30 . 31 第七章 系统展望 . 33 结束语 . 34 致 谢 . 34 参考文献 . 35 附录一、系统 . 37 附录二、整机实物图 . 37 附录三、主要程序代码 . 38 附录四、翻译 . 41 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 1 第一章 概述 题来源 超声波测距技术是近年来出现的测距新技术 1,是一种非接触的检测方式 ,和红外、激光及无线电测距相比 , 它具有结构简单、可靠性能高、价格便宜、安装维护方便等优异特性 ,在近距范围内超声测距具有不受光线、颜色以及电、磁场的影响 ,在恶劣作业环境下有一定的适应能力 2。 因此利用超声波测距在实现定位及环境建模场合 ,如 :液位、汽车防撞雷达、井深及管道长度测量、机器人定位、辅助视觉系统等方面得到广泛的应用 。 但传统的超声波测距仪测量精度普遍较低 ,都不能满足高精度测量的要求 。 为了克服此不足 , 作者 从测距仪结构设计和回波信号处理的角度出发 ,提出了基于回波包络峰值 3的检测方法 ， 从而进一步提高测距仪超声检测的精度、 系统的稳定性和抗干扰性对。本设计是基于 声检测技术简述 声波检测 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动 频率的范围，可以分为次声波、声波、超声波和特超声波。一般人耳能听到的声音的频率范围在 2020间，频率低于 20波称为次生波，而高于 20波称为超声波，频率高于 910 4。声波频率界限如图 1声波检测中常用的工作频率在 20围内。 由于超声波具有的这些良好的品质，超声波的研究和应用已经渗入工业、农业、国防、医学以及航天和航空等领域并且取得了卓有成效的进展 5。甚至有人认为超声技术可以和 电子技术、信息技术以及核技术相媲美，是一门具有广阔发展前景的高新技术。 图 1河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 2 声检测误差来源 本系统采用渡越时间法进行物位测量，通过不断检测超声波发射后遇到被测界面所反射回来的回波，从而测出发射和接收回波的时间差 t，然后求出待测物位到传感器的距离 L,在已知声速 难得出： L= （ 1） 下面对影响超声波距离测量精度的因素进行逐一分析。 （ 1）声速 从式 (1)可以看出，必须知道声波在媒质中的传播速 度 v，才能从传播时间求出待测距离，但是各种媒质有不同的声速。因此，在实际测量时，很难把声速看成一个不变的恒量。当媒质的成分、温度、压强等因素都没有很大的变化，而且测量精度要求又不很高的情况下，把声速当作不变的方法才能勉强满足测量要求，否则就应该进行声速校正。 在多数情况下，温度是影响声速的一个重要因素，例如在空气中声速理论公式为： 6 0 2） 式中 T 为摄氏温度，式（ 2）表明空气中声速是温度的函数，此时式 (1)为 16 0 6 0 ）（ m （ 3） 不难看出，温度每变化 1 ，引起声速变化约千分之 对测量结果影响较大。所以，应进行温度补偿。通常情况下，可在设备中安装温度敏感元件，采用适当的补偿电路，利用敏感元件的输出信号来对声速进行校正。 （ 2）硬件响应时间 硬件电路是有一定延时的。例如滤波电路一般在几十微秒左右。另外超声物距测量系统中广泛采用 对来讲也比较大。例如利用 外部中断来检测回波触发信号。尽管它己经被设置为最高的中断优先级，并且 不会被其他的中断所阻碍，但是中断响应是需要一定时间的。 （ 3）触发时间 一般来说，以接收信号的幅值超过我们规定的阈值时的时刻作为停止计时信号 6。当待测物位发生变化时，接收电路输出信号的幅值就发生变化，距离近输出信号幅值较大，此时在回波信号的第二周幅值就有可能超过规定的阈值，进而河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 3 发出停止计时信号，距离较远时，输出信号幅值较小，回波信号的第 3周（甚至第 4 周 )幅值才有可能超过规定的阈值，并发出停止计时信号。从理论上讲，停止计时信号应在图中的 于阈值的存在，而实际停止信号是在下图中的 出。并且发出的时刻（时间检出点）是随物位的变化而变化，这种“时间检出点”的变化就产生了物位测量的误差。 统任务和要求 1、测量范围： 0 15m 2、测量精度： 1% 3、使用温度范围： 50 4、显示： 液晶显示 5、电源： 内置电源，外置稳压电源 12 24V 6、抗干扰： 去噪声能力强 (检波能力强 ) 7、检测类型： 用 1 或 2 个超声头 8、外部接口： 口 统方案设计 超声波测距技术在工业生产和科学研究中得到广泛的应用。超声波测距电路多种多样，甚至已有专用超声波测距集成电路 ，但是 有的电路复杂，技术难度大，有的调试困难，专用集成电路的成本很高，操作很不方便。 目前，国内的超声波测距专用集成电路的精度只能达到厘米级，可以满足一般工业测量的要求，图 1大滤波后的回波信号 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 4 但对于一些精度要求较高测距场合就不合适了。 本测距系统是基于 发的 ，抗干扰性强，利用超声波测距原理，结合数据处理，测量精度可以达到毫米级。串行通信、 示于一 体。 串行通信功能可以使系统和 进行通信； 示功能用于显示测量数据。 本系统采用渡越时间法测量超声波，所谓渡越时间法可以表述为：设超声波发射传感器到目标障碍物的距离为 L，超声波在空气中的传播速度为 v，超声波从发射到接收传感器接收所经历的渡越时间为 t，则 L=。 其中该系统中超声波的往返时间间隔由 过外部中断定时获得，并将定时结果通过软件的算法算出最终距离，将最终结果通过 液晶显示。再通过 口通信，将测得数据送给上位机显示，实现对数据的实时监控。 为了充分利 用 量降低测距系统的成本，系统采用 0方波信号，驱动超声波传感器，为了增强测距范围，在发射部分增加信号功率发大电路，为了进一步提高发射信号的功率 ，从而提高测距范围。在对接收信号的处理，系统采用了电压跟随、放大、电压比较的方案，成本低廉，由于超声波在传播的过程中有很大程度的衰减，当到达超声波接收传感器的时候，信号已经此相当的小，因此必须对接受信号进行放大，放大后再送往电压比较器进行比较。通过比较检测出有用信号，送给 而实现对待测距离的测量，由于环境温 度对超声波传播速度的影响比较大，所以需要采集环境温度，并对超声波传播速度进行修正。 为了便于实时检测、控制，可以将测量到的数据每次距离变化时通过串口传送给上位机，上位机可对测量到的数据进行相应的数字信号处理。 统开发意义及应用 超声波检测与控制技术是以超声波作为采集信息的手段，能在不损坏和不接触被测量对象的情况下探测对象。距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，超声波测距是一种很有效的测量方法，有着广泛的应用。但目前的超声波测距系统存在着精度低，盲区大及测量数据不稳定等问题。针对上述缺点，作者 设计了独特、有效的盲区消隐和接收信号处理方法，并进行温度补偿，从而提高了测量精度和灵活性；以 制了智能化、便携式超声波测量系统。该系统 的 各种技术指标均能达到工程应用的要求，具有很大的市场潜力。 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 5 第二章 系统原理分析 声波检测系统分析 声波测距原理 本系统以 核心，由 制定时发出方波信号，同时准备接收。发射机产生 40右的脉冲信号，经放大后驱动超声波传感器，方波信号经超声波传感器转换为超声信号向障碍物发射。超声波信号在介质中传播遇到待测物体表面时， 由于不同介质的反射性能差异很大，对超声波的传播影响不同。其发射波被接收电路接收时，转变成电信号，该信号经相应地选频、检波、放大后，再进行信号判别，给 应的触发信号， 接收数据进行处理，并参照发出控制脉冲的基准时间，得出超声波在介质中的传播时间。其基本检测实现方法如图 2示。其原理可用公式表示为 度补偿原理 常温常压下，空气近似为理想气体。超声波在理想气体中传播速度为 m/s，式中 为气体摩尔质量； r 为气体的比热比； R 为气体常数；T 为热力学温度。对于一定的气体 r、 为定值。由公式可知：声速与热力学的平方根成正比。温度越高声速越大，温度越低声速越小。必须考虑温度对超声波的传播速度的影响，设 0声速为0v，则 t 声度为 730 m/s, 273( m/s 。又 0 ，空气中声速的实验值为 s，2系统图 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 6 那么 t 气中声速的表达式为： 27310 ，式中 vm/s，即： 27 。用 行开方运算在程序上实现比较困难，为了便于 言编程，现用数学软件 程实现对公式的简化，运用项式拟合编程实现如下： t=0:00; %拟合的温度范围 1+t/273). %声速与摄氏温度的理论公式 v=t,); %拟合出的声速与温度多项式 fv=v,t); ,2,1) t,.,t,; 蓝色曲线为理论速度曲线 ); 速度 m/s); 温度 t( ); ,2,2); t,; y=v); 红色曲线为拟合速度曲线 ); 速度 V(m/s); 图 2合曲线和理论曲线比较 温度 t( ); 运行 序得出的拟合 声速与摄氏温度曲线与理论上声速与摄氏温度曲线对比图 2运行程序后，可得拟合声速 与摄氏温度的关系： 4 2 16 0 6 0 t m/s。 于是，通过传感器测的空气中的温度代入上述公式，即可得到超声波在空气中的传播速度 v ，再检测出超声波在空气中传播的时间 T，便可得到超声波在空气中传播的距离： 声波检测预备知识 声波的应用 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 7 超声波传 感器是利用超声波特性而研制成的传感器，超声波传感器技术已广泛用 工业、国防、交通、生物医疗和家庭领域 。超声波技术的应用如下表所示。 用途 备注 用 途 备注 工 业 金属材料及 非金属材料的探伤 测量金属与非金属的厚度 超声振动切削加工（金属与非金属） 超声波清洗零件 超声波焊接 超声波流量计 超声波料位及液位检测与控制 超声波显微镜 温度计 各种制造业 板材、管材 钟表业、精密仪表、轴承 半导体器件生产 化工、石油、轻工 海洋 鱼群探测 深度测量 声纳 水中摄影 通信 定向通信 医疗 超声波诊断仪（显像技术） 超声波胎儿状态检查仪 超声波血流计 超声 洁牙器 断层图象 声波传感 器 （ 1）超声波传感器原理 超声波传感器有两种工作方式：直射式，反射式。反射式超声波传感器的工作原理如图 2示。首先由振荡器产生 40波信号，在经过放大器来驱动超声波发送器，使之发出 40声波向外传播，超声波接收器接收到上述信号后，就通过放大器和滤波器得到控制信号，送至控制器。图中的 a、 b 构成双晶体片，再 40声波驱动下，发送器中的双晶体片在不同方向被压缩或拉伸就形成了超声波。 (2)超声波基本特性 2某超声波发射器的频率特性曲线，0该频率处，发射器所产生的超声波最强，即超声声压能级最高，而在0压能级迅速衰减。因此在使用当中，一定要用频率接近0声波传感器的工作原理 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 8 压来驱动超声波发射器。图 2其中0由图 2，当并联电阻较大时，曲线在0接受灵敏度最高，可知超 声波具有较好的选频特性，其特性优势与并联电阻 于传感器压电晶片是一个圆形片，故可以把其表面划分为许多小点，把每个点都看作为一个振荡源，辐射出一个半球面波 子波，这些子波虽没有指向性，但离传感器空间某一点的声压是这些子波叠加的结果，都具有指向性，如图 2示，当 0 时，声压最大，角度逐渐增大或减小时，声压减小。 （ 3）超声波的回波检测 小波分 析理论 小波分析是一种信号的时间一尺度 (时间一频率 ) 分析方法 ， 它具有高分辨率的特点 ， 而且在时、频两域都具有表征信号局部特征的能力 ， 是一种窗口大小固定不变但其形状可改变、时间窗和频率窗都可以改变的时频局部化分析方法 。它在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率 ,在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率 。 因此 ， 可以利用小波分析法对接收到的回波信号进行分析、去噪 ， 获得更加平滑、有效的回波包络曲线 ， 进而可以利用峰值图 2声波发生器的频率特性 图 2声波接收器的频率特性 图 2声波传感器的指向特性 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 9 图 2波包络峰值检测波形 检测法准确计算出回波前沿的到达时刻 。 我们在这里采用 因为当其形状控制 参数取较小值时 。 在几何形状方面 ,它较其它类型小波函数更加相似于接收回波波形 。 根据小波分析的最大匹配原则 ， 当子波与所分析的号在几何形状上越相似时 ， 利用该子波提取到的信号特征就越准确 。 22221)( （ 1） 式中 j = - 1， 为形状控制参数 ， 当取 = 1时 ， 其实部、虚部及模如图 2示 。 从图 2复小波 函数的模可完全平滑地包络其实部和虚部 。 因此 ，利用复小波函数的模便可很容易获得回波信号的小波包络分析 。 回波信号经小波包络运算处理后 ,可以帮助剔除环境噪声信号 ,获得更平滑、理想的回波包络曲线 。 利用包络峰值检测原理对小波包络后的回波信号分析处理 ,从而准确计算回波前沿的到达时刻 。 图 2河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 10 回波信号的包络峰值检测 根据小波分析理论提出一种新的确定回波前沿的计算方法 ， 即回波信号的包络峰值检测法 。 通过示波器对回波波形进行观察 ,可以发现对同一探测物 ,不同传播距离的回波包络线都有较好的一致性 ， 回波波形都大致相同 ， 只是波幅不同 ，并 且同一距离时的不同类型探测物的回波波形也大致相同 ， 只是波幅不同 。 从工程精度考虑 ， 可以认为超声回波幅值包络线的形状基本不随回波信号的大小而变化 。 即回波信号包络峰值所对应时刻 b- a) 不随探测物远近的变化而变化 。 而时间差 ( b- a)也容易通过实验计算出来 。 因此 ， 可将接收回波信号的包络峰值所对应的时刻 用回波包络峰值所对应时刻与回波前沿到达时刻的时间差 ( b- a) 就可消除由于时间检出点变化所引起的测量误差 。 回波信号在进行线性包络检波之后 ， 在 分别通过微分电路、零点交叉检测 ，最后进入 的入口 ， 从而完成传播声时的准确计时 。 因为采用包络峰值时间点的检测方法与信号振幅无关 , 故具有优良的传输时间检出特性 。 包络峰值检出原理及波形如图 2 包络峰值检测也可以消除虚假回波的干扰 ， 使达到阀值的虚假回波可以被峰值检测滤掉 。 因为超声波接收回波的幅值随传播距离的增加而成指数规律衰减 ， 所以采用 路使放大倍数随距障碍物距离的增加成指数规律增加的电路 。 在计数器开始计时的时刻 ， 压开始随时间增加而增加 ,在检测到回波脉冲后清零 。 零交叉点检测 可以保证回波到达时刻不受回波大小变化 。 采用鉴宽电路可以抑制偶然的尖峰干扰信号 ， 使尖锐的干扰信号被鉴宽电路挡住而不能到达电平比较电路 。 因此 ， 采用包络峰值检测可以保证回波前沿的准确到达时刻 。 接收器等待发射脉冲第一个回波的同时，通知定时器 /计数器 微处理器的外部中断接收到回波到来信号， 数器停止计数。 旦识别到的第一个回波到达时 ,便发生中断，终止内部计数器计数 ,并对计数器中的数据进行程序处理。 过内部设定程序的运算，可以算出超声波传感器到当前的障碍物的距离，并将测得的距离实时地在液晶显示模 块上显示。 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 11 第三章 系统总体设计 能测量模块总体设计 利用第二章讲述的测距原理，作者设计了 超声波测距系统 ，它的作用是检测当前障碍物的距离，并将测得的结果实时地在液晶上显示出来，并可将检测得到的数据值通过 85 网络传送给上位机控制器。 由图可看出该系统共有 5 个模块组成：超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块、串行通信模块。对于具体电路模块的介绍见以下章节。 声传感器的选择 超声检测精度取决于检测方法、仪器和超声换能器性能。目 前在低超声频段(20100喇叭辐射面的面积比棒状换能器 大，所以辐射面的声强较低，与其粘结的不锈钢板表面空化腐蚀小。 在本系统中采用喇叭状换能器， 这种换能器尤其在较高频段 40上 )，其优点更为突出。因为它可以削弱横向振动所带来的不良影响，频带也较宽。在选择中，要综合考虑超声接收换能器各项参数指标，比如其与电路的阻抗匹配问题，如果电路的输入阻抗与换能器的阻抗不一致，图 3声测距原理框图 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 12 就会引起驻波，使波形模糊。 声信号的处理 系统的性能受背景噪声的限制，从抗干扰的角度来说，应充分利用信号场与干扰场在时 超声信号进行处理，以便最大限度地获得增益。 1信号的放大和噪声的抑制。 由于从接收换能器传来的信号很微弱，又存在着较强的噪声，所以放大信号和抑制噪声是首先必须考虑的。通常使用低噪声晶体多级调谐放大器完成此项任务 11。在检测过程中，由于工作频带窄，故应按功率匹配，使前置放大器的输入阻抗与换能器输出阻抗的数值相近。通带中心频率等于信号频率。这样环境噪声中的绝大部份能量就被阻挡在通带之外了，但对通带内的噪音抑制则无能为力。可以通过增加发射功率和提高接受基阵的方向性来提高信噪比 ，使这个问题得到改善。 2混响及其抑制。 通常较简单的抑制混响方法是使用一定时间规律 (例如指数规律 )来控制接收机增益的时间，增益控制界 (出现在接收机输入端的信号和混响及噪声进行动态压缩。要使放大器增益随时间变化的规律与混响随时间衰减的规 律严格相反是很困难的， 补偿的方法是增加一个自动增益控制器(12。 3回波信号的处理。 回波信号的包络通常是不规则的，不便对它进行数字处理，所以对它整形是必要的，整形电路形式多样，可以是单稳态电路，也可以是施密特触发器或其它电路。 为了进一步滤除噪声及混 响的影响，可设置一门限检测阈值，该门限电平一般大于噪声的均方根值。当信号超过阈值时判断为有目标回波，若阈值过高，只有强信号才能被检出，这样检出概率就降低；若阈值过低，信号超过阈值的机会多了，但同时噪声超过阈值的机会也多，则检出的有用信号夹杂的噪声就会增多。 4对目标回波信号的进一步处理。 进行数字滤波和计算，求从发射信号开始到收到目标回波为止的深度 (距离 )历经时间值，并将它转换成深度 (距离 )值，然后将此值显示并打印。可采用微处理器。 本系统中，由 生的波形通过隔离放大后驱动超声换能器的发送端，换能器的 接收端接收的信号比较弱，另外由于换能器 本身的特性和声程中随机干河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 13 扰、传播介质的非均匀性等造成的信号时延抖动是随机的， 包含很多的噪声信号。又由于超声波的传播介质中存在很多不确定的因素，难以抑制，这样势必影响检测精度。对超声信号的模拟处理首先我们对信号的输出端进行隔离，防止回波产生，在混波信号中选取其中有用信号，滤除无用的噪声信号，防止驻波干扰。在简单的模拟化处理后，从软件上对信号进行数字化的处理。 本系统中数字信号处理是在 此，作者采用平均滤波法，去除最大值和最小值后，将几个采样信号的平 均值作为一个信号值，这样就能将信号中的瞬时干扰噪声减小。选用多少采样信号求其平均值，是根据信号频率及噪声的特征来确定的。同时也应用程序判断滤波法，从程序的角度判断有用信号，将无用信号滤除，通过仿真实验证明，通过以上的信号处理方法能有效的保证超声信号的重现，失真程度也很小。 统模块电路设计 智能测量模块电路部分 主要包括超声信号检测电路、 晶显示、 机控制器在液晶显示屏中将具体数据显示出来，液晶显示采用字符型液晶显示模块。并将测得的数据通过串口传送给上位机，同时进行存储 。主机控制器总结构框图如图 3 1 所示。 统通信总体设计 行通信基本概念 （ 1）数据通信的基本概念 系统在实际工作中，像上位机的 外部设备之间常常要进行数据交换一样，为了通过上位机对系统进行实时控制，将系统测得数据实时传送给上位机，所有这些信息交换均可称为数据通信。本系统采用的是串行数据通信方式，接口图 3河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 14 为 口，实验证明这种通信方式简单易行，符合本系统要求。 （ 2）串行通信 在串行通信过程中二进制数字系列以数字信号波形的形式出现。不论接收还是发送，都必须有时钟信号对 传送的数据进行定位。接收 /发送时钟就是用来 控制通信设备接收 /发送字符数据速度的，该时钟信号通常由处理器内部的时钟电路产生。在接收数据时，接收器在接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测 ;在发送数据时，发送器在发送时钟的下降沿将移位寄存器的数据串行移位输出。如图 3 2 所示 : 行通信过程 两个通信设备在串行线路上实现成功的通信必须解决两个问题 :一是串并转换，即如何把要发送的并行数据串行化，把接收的串行数据并行化 ;二是设备同步，即同步发送设备和接收设备的工作节拍相同，以确保发送的数 据在接收端被正确读出。 统通信软件设计 系统通信软件由下位机、主机控制器通信软件和上位机控制软件三部分组成。 下位机通信软件功能主要是接收主机控制器发送过来的信号，针对各下位机地址发送应答信号，再根据主机控制器发来的控制信号做出相应的反应，随后发送主机控制器所需数据。 其通信功能使用了 位机平时对各监控点的进行数据采集并定时存贮，当有串行中断时执行串行中断服务程序，判别是否为本机的地址信息，地址信息与本机地址相符时，转为接收控制命令，并执行相应的操作；地 址信息与本站地址不符时则退出中断。 下位机通信流程图如图 3 图 3射接收时钟数据位比较 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 15 主机控制器的通信软件实现功能主要包括呼叫各从机，并向各机发送查询控制命令。其工作过程为控制器发送需呼叫的从机的地址，然后等待接收从机的应答信号，若应答信号正确即发送控制命令，若应答信号不正确则重新发送需呼叫的地址，并等待接收应答信号，接收到应答信号后接收有个下位机发送的数据，存储在相对应的数据存储区并在 晶显示屏中显示出来。本系统的上位机控 制软件由 写，具有良好的可视效果，功能包括数据发送、数据接收、串口通信设置等功能。上位机通信软件界面如图 3 图 3图 3位机通信软件界面 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 16 第四章 系统硬件设计 键器件选择 入式 处理器 1）嵌入式 处理器 6/32 位 5，并带有 3264 512入的高速 储器 15。 128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位 代码能够在最大时钟速率下运行 17。多个 32 位定时器、 1个或 2 个 10 位 8 路的 10 位 道、 47 个 及多达 9 个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用以及医疗系统 18 （ 2）嵌入式 19 2 个 32 位定时器 /计数器（带 4 路捕获和 4 路比较通道）、 元（ 6 路输出）和看门狗。 多个串行接口，包括 2 个 16业标准 2 个高速 口（ 400 s）、 具有缓冲作用和数据长度可变功能的 片内晶振频率范围： 1 30 单电源，具有上电复位（ 掉电检测（ 路： 高速： 8051内核，速度比普通 8051快 12倍。 晶显示器 液晶显示器 (借其功耗低、图形美观等多种优势，在仪器仪表产品中得到越来越多的应用 ， 可以用软件的方式设定系统功能， 由于选择的是串行数据传输方式，所以 需要 6根线的接口。 声波传感器 本 测距系统中的超声波传感器 20采 用生产的 信用 ） 和 受信用 ) 的压电陶瓷传感器 21。下图为超声波传感器的型号说明： 图 4声波传感器型号说明 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 17 声波检测模块 超声波检测模块主要包括发射超声波产生、超声传感器驱动部分、超声回波的接收放大、滤波、信号比较电路。根据所选超声波传感器的类型及个数，超声波检测电路可分为：收发分体回路和收发一体回路。下面对两种方案进行介绍。 声波收发分体回路设计 该方案采用一对单收、单发型超声波传感 器。发射电路主要由超声波传感器（发射），集成电路 成。电路采用 555 集成芯片构成一个频率为 40多谐振荡器，再通过 成电路驱动超声波传感器。接收电路主要由超声波传感器（接收），集成运放 较器 成电路 012组成。 要是用来设置超声波检测的盲区 22。集成运放 成一级、二级放大电路，实现对超声波回波信号的增幅， 是运用电压比较的原理来设置检测回波的阈值，从而 识别回波信号的到达。四个 2 输入的与非门 4011 构成一个 发器，保持超声波的检出信号 为一脉宽可变的正脉冲，脉冲宽度就是超声波 渡越时间， 三极管9012用来实现对检出正脉冲信号进行放大，然后送给 过中断启动内部计数器对正脉冲进行计数，再进行处理得到脉冲的宽度，即超声波的渡越时间 23。超声波的整机 、发送及接收电路如图 4图 4 4示。 201811011510311*2V+12V+12V+12V+12V+12V+12V +12V+12件电路整机原理图 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 18 图 4声波发送模块 （ a）超声波接收电路 （ b）延时电路 河海大学学士学位论文 基于 超声波测距模块开发 19 声波收发一体回路设计 该方案 采用收