【《基于单片机的超声波测距系统设计》8300字（论文）】

超声波传感器原理图7传感器如图7所示，传感器中由外壳包裹着金属丝网罩，下面连接着引线端子，压电晶片在中间，而共振盘在晶片的上面。从外观上来看，这个谐振器呈现的是喇叭形状，设计的原因就是想要它能正常高效振动而产生超声波，而这产生的超声波不容易散开，设计的形状有很多讲究，都是为了高效。在双压电超声传感器中，增加了一个双晶振荡器，以使两个键合晶片的极化方向相反。然后在电极的两面涂膜电极。电极之一连接到电端子，并且连接装置是金属板。另一个电极的引线直接连接到另一个电极。从形状的角度来看，双晶体振荡器是正方形的，并且其两个相对的侧面都由“突出”部分支撑，“突出”部分是弧形，并且“突出”部分也是振动的节点。金属板的中央有一个振荡器，使超声波具有方向性和高频性。当双压电超声传感器接收到超声波时，传感器内部的振动在振动器的中心处最强。这种现象是由传感器的结构引起的。压电陶瓷的作用是能在电压的作用下产生电荷，双压电芯片元件基于此原理。它使用两个压电陶瓷，或者一个压电陶瓷和一个金属板。简而言之，当压电陶瓷被施加外部电信号时，它将振动并产生超声波。相反，双压电晶片在接收超声波后会产生电信号。压电陶瓷具有足够的条件可以用作超声传感器。超声波的频率大于20,000Hz。它基本上在机械振荡的介质中。它可以分为水平和垂直。这些介质可以包括气体，固体和液体。不同传播速度的介质也不同。同时进行口译。透射过程中的折射和反射逐渐减弱。超声波的特性可以从波长、反射、温度等方面描述。在波长方面，一般波的传播速度是从频率和波长的乘积来计算的。短波长，低传播速度的波可以得到较长的距离和方向分辨率，正是这种特性，利用超声波测量的偏差误差就会很小，人类可以完全相信超声波。因为传感器能接收传回的超声波，所以这种反射机制能反映出是因为有物体的存在，但是和光近似的是不同的物体反射和吸收超声波的比例是不同的，比如木头材质的，金属材质的，玻璃，橡胶、纸制类都是可以接近与百分百的比例反射超声波，而布、棉花、绒毛吸收超声波的比例又比较高，因此超声波探测这几类是比较困难的。反射也会因为物体的不规则产生的反射也是不规则的。所以测试时一般空旷的场所是比较理想的。温度自然不用说，对超声波的传播也会产生影响，因为温度不是永恒不变的，室内和室外的温差一般是比较大的，做实验测量时需求温度的稳定是很重要的，但是本次设计的测量距离较短，温度的影响并不会太大，就不再更深入的讨论了。能量是守恒的，超声波的传播自然会随着距离变大而衰弱，还有部分原因因为超声波会发生衍射现象，扩散损失了。研究表明，超声波的衰减率会因为频率的变高而变高。最小单片机系统本设计的最小单片机系统比较简单，包括了单片机，时钟电路和复位电路，首先介绍单片机。AT89C52产自美国公司，高效功能CMOS8位单片机。它继承美国ATMEL公司产品的高密度非易失性存储技术，并且与MCS-51产品的命令和引脚完全兼容，拥有千次级的擦写周期，全静态操作0HZ至24MHZ，三级加密。程序存储器编程可以被记录到系统中，编写对操作者的要求不会太高。Atc89c52包括8K字节的程序可读存储，32位I/O端口线，一个五向量两级中断结构，片内振荡器，双工串行通信口，两个数据指针，三个16位定时器/计数器，六个矢量两级中断结构，全双工串行端口，片上晶体振荡器和时钟电路。除此之外，AT89c52可以返回为零的静态逻辑运算，满足多种软件，操作多样性，存在省电模式。ram，定时器/计数器，串行端口和中断可以独立在CPU之外运行，在空闲模式之下，CPU就是停止的，而定时器，串行端口都是保持工作的。RAM，振荡器，MCU会在掉电保护模式下被冻结保护，工作内容将不会丢失，下一次中断或硬件复位将会解除掉电保护，RAM，振荡器将会回复工作。复位电路，振荡电路，键盘控制，LED显示电路和警报电路会在初始仿真测试中复位重置。AT89C52的额定电压为4v-5.5v。微控制器会发射复位信号唤醒微控制器，也可以得到微控制器的工作状态的反馈。复位按钮可以帮助单片机系统复位重新执行程序，功能的设定是在环境的干扰下可以不会被影响结果，当然依然有个外部按钮可以让系统满足自动重置和手动重置。微控制器复位操作可以由时钟电路控制完成，只需在两个机器周期内便可。连线的时候一般需要把5V正电压接到40引脚，20引脚是接地。时钟电路如图9，它主控着单片机的整体节奏，是系统的主控神经。图8时钟电路图可以由图9清楚地看到本次设计中地复位电路。关于电路的复位，我们通常是外在操作是需要复位可以使用两种方法。电自动复位和外部按键手动复位着可以帮助电路复位，RESET端即复位端，完成复位操作需要在复位端持续输出两机器周期的高电平，复位信号的时间不得小于两机器周期。图9复位电路图声光报警模块图10声光报警电路图声光报警模块的电路图设计如图10，p1口的输出为低电平时，VE口大于VB口大于VC口，其中的三极管带动着报警模块。三极管是NPN型的S8550型号。发光二极管和蜂鸣器会在三极管的发射区与基区见的PN正偏，集电区和基区之间的PN结反偏触发报警；相反输出高电平的时候报警就会停止了。DS18B20本系统采用DS18b20温度传感器给超声波温度补偿，DS18B20相对来说是比较常见的在使用中，它本身的优点有许多，占用空间少，金钱花费少，不容易被感染，误差少，输出的是数字信号。将它封装之后可以有多种型号，列如螺旋式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。图11温度传感器电路DS18B20的测温原理中，低温系数晶振受温度的干扰比较小，它是用来发送频率比较固定的脉冲信号，让计数器1接收到。高温系数晶振就相反，计数器2的脉冲输入来自它的发送。当低温晶振的信号发出时，计数器1就会做出减法计数，温度寄存器会在计数器1的值减到0之后本身就会+1，计数器1将会重置。此动作将会循环到计数器2的归零后，温度寄存器就会停止数字的累加，得到的结果就是我们所想要的测量温度结果。用DS18B20设计出来的温度采集模块如下图11所示。液晶显示模块LCD1602液晶显示器由显示屏，控制驱动主电路，些许的电阻、电容。LCD液晶显示会比较简介明了，能支持的字符类型也比较多。1602是指16乘两行，每行可以有6个字节。需要注意到LCD显示字符的几个关键点是：耐心等待显示字符ASCII标准码产生，液晶显示模式的设置，字符显示位置的指定。图12液晶显示电路现在的生活中，我们随处可以见到液晶显示器，在计算器上，在万用表上，在普通的电子表上，液晶电视上，还有许多的家用电子产品。在液晶显示屏上显示的是数字、专用符号或者是图片。将液晶屏用在单片机系统有许多的优点，像阴极射线管显示器（CRT）那样会一直闪点刷新，而液晶显示器在接收到信号的每个点有能力保持着色彩和亮度，显示画质较高。在接口方面，与单片机系统的连接比较契合，连接比较方便。在重量上液晶显示器有比较大的优势，它十分地轻盈，而且耗电量也十分的优秀，主要只是在内部的电极和驱动上