.z摘要本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了超聲波傳感器的原理和特性，分析了超聲波測(cè)距的原理的根底上，指出了設(shè)計(jì)測(cè)距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問(wèn)題，給出了以STC89c52單片機(jī)為核心的低本錢、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測(cè)速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能到達(dá)工業(yè)實(shí)用的要求,用DS12C887時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)、DS18B20檢測(cè)溫度，單片機(jī)通過(guò)時(shí)鐘芯片獲取時(shí)間數(shù)據(jù)、DS18B20采集溫度信號(hào)，處理后把時(shí)間和溫度數(shù)據(jù)通過(guò)液晶顯示器1602同步顯示年、月、日、時(shí)、分、星期和溫度。該時(shí)鐘局部設(shè)有五個(gè)按鍵，使之具備了校時(shí),鬧鐘等功能。AbstractThissubjecthasintroducedprincipleandcharacteristicoftheultrasonicsensorindetail，onthebasisofanalyzingprinciplethatultrasonicwavefindsrange,thesystematicthinkingandquestionsneededtoconsiderthathavepointedoutthatdesignsandfindsrange,providelowcost,thehardwarecircuitofhighaccuracy,ultrasonicrangefinderofminiaturedigitaldisplayandsoftwaredesignmethodtakingSTC89c52asthecore,thiscircuitofsystemisreasonableindesign,workingstability,performancegoodmeasuringspeedingsoon,calculatingsimple,apttoacplishreal-timecontrol,andcanreachindustry'spracticaldemandinmeasuringtheprecision。WithDS12C887clockchiptiming,DS18B20testingtemperature,microcontrollerthroughtheclockchipfortimedatacollection,DS18B20temperaturesignal,theprocessingtimeandtemperaturedatathroughtheliquidcrystaldisplay1602synchronousdisplayyear,month,day,week,points,andtemperature.Thisclockhasfivekeypart,withtheschool,suchasalarmclockfunction.目錄TOC\o"1-3"\u摘要1前言31.系統(tǒng)根本設(shè)計(jì)思路32.設(shè)計(jì)方案方案論證43.單元電路方案53.1控制器模塊53.2測(cè)距模塊53.3計(jì)時(shí)模塊63.4顯示模塊64.主要模塊功能介紹74.1US-100超聲波測(cè)距74.2DS12C887時(shí)鐘芯片85.程序流程圖及局部源程序85.1程序流程圖95.2局部源程序10結(jié)論11致謝12參考文獻(xiàn)12前言單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，這些元件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低、可靠性高、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活潑的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的低本錢、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。本次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1．收發(fā)傳感器均選用超聲波傳感器；2．距離要求在液晶顯示屏或數(shù)碼管上顯示；3．能夠探測(cè)距離0.5m—5m；4.能設(shè)置在一定距離內(nèi)報(bào)警；5．能夠測(cè)出現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度并顯示〔工作溫度-20—45℃6.能夠顯示時(shí)間：年-月-日-星期-時(shí)-分-秒，有am,pm指示器，蜂鳴器等；7.能夠設(shè)置時(shí)間，鬧鐘開(kāi)，鬧鐘關(guān)等功能：8.具有220v供電功能；意義：1.超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，所以，在利用傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的測(cè)距方案中，超聲波測(cè)距是目前應(yīng)用最普遍的一種，它廣泛應(yīng)用于防盜、倒車?yán)走_(dá)、水位測(cè)量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。2.時(shí)鐘芯片DS12C887自帶晶振和電池，計(jì)時(shí)精度高，在沒(méi)有外部電源的情況下可工作10年，可計(jì)算2100年前的年，月，日，時(shí)，分，秒，星期七種日歷信息，并帶有閏年補(bǔ)償功能。1.系統(tǒng)根本設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)超聲波局部主要是進(jìn)展距離的測(cè)量和報(bào)警，設(shè)計(jì)中涉及到的內(nèi)容較多，主要是將單片機(jī)控制模塊、超聲波測(cè)距模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、溫度轉(zhuǎn)換模塊，液晶顯示模塊這幾個(gè)模塊結(jié)合起來(lái)。而本設(shè)計(jì)的核心是超聲波測(cè)距模塊，其他相關(guān)模塊都是在測(cè)距的根底上拓展起來(lái)的，測(cè)距模塊是利用超聲波傳感器，溫度模塊利用DS18B20轉(zhuǎn)化溫度，時(shí)鐘電路以DS12C887時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)，同步顯示日歷、時(shí)間和溫度信息，并且可以通過(guò)按鍵修改時(shí)鐘日歷信息。2.設(shè)計(jì)方案方案論證測(cè)距傳感器〔1〕激光測(cè)距傳感器激光傳感器利用激光的方向性強(qiáng)和傳光性好的特點(diǎn)，它工作時(shí)先由激光傳感器對(duì)準(zhǔn)障礙物發(fā)射激光脈沖，經(jīng)障礙物反射后向各個(gè)方向散射，局部散射光返回到承受傳感器，能承受其微弱的光信號(hào)，從而記錄并處理光脈沖發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間即可測(cè)定距離，即用往返時(shí)間的一半乘以光速就能得到距離。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的距離遠(yuǎn)、速度快、測(cè)量準(zhǔn)確度高、量程*圍大，缺點(diǎn)是對(duì)人體存在平安問(wèn)題，而且制作的難度大本錢也比較高[3]。〔2〕紅外線測(cè)距傳感器紅外線測(cè)距傳感器利用的就是紅外線信號(hào)在遇到障礙物其距離的不同則其反射的強(qiáng)度也不同，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)從而對(duì)障礙物的距離的遠(yuǎn)近進(jìn)展測(cè)量的。其優(yōu)點(diǎn)是本錢低廉，使用平安，制作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是測(cè)量精度低，方向性也差，測(cè)量距離近[3]。〔3〕超聲波傳感器超聲波是一種超出人類聽(tīng)覺(jué)極限的聲波即其振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。超聲波傳感器在工作的時(shí)候就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，當(dāng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當(dāng)接收超聲波時(shí)，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到單片機(jī)控制芯片。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，而且超聲波傳感器的能量消耗緩慢有利于測(cè)距[4]。在中、長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，超聲波傳感器的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線傳感器，但價(jià)格也稍貴。從平安性，本錢、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)對(duì)以上三種傳感器性能的比較，雖然能明顯看出來(lái)激光傳感器是比較理想的選擇，但是它的價(jià)格卻比較高，而且平安度不夠高。而且汽車在行駛的過(guò)程中超聲波傳感器測(cè)距時(shí)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較短的響應(yīng)時(shí)間，因此選用超聲波傳感器作為此設(shè)計(jì)方案的傳感器探頭。測(cè)距傳感器(1)采用DS1302為計(jì)時(shí)時(shí)鐘芯片該芯片是串行電路，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，但需另備電池和32.768kHz晶振，因焊接工藝和晶振質(zhì)量等原因會(huì)導(dǎo)致精度降低。(2)采用DS12C887為計(jì)時(shí)時(shí)鐘芯片該芯片與單片機(jī)采用8位并口通信，傳遞信息速度快。自帶有鋰電池和晶振，外部掉電后，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10年之久，因電路被封裝在一起，可以保證很高的精度和抗干擾能力。而且芯片功能豐富，可以通過(guò)內(nèi)部存放器設(shè)置鬧鐘，并產(chǎn)生鬧鐘中斷。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用DS12C887作為計(jì)時(shí)時(shí)鐘。3.單元電路方案3.1控制器模塊本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)控制，它是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，構(gòu)造如以下列圖所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。3.2測(cè)距模塊 此模塊選用US-100超聲波收發(fā)模塊，如以下列圖3.3計(jì)時(shí)模塊 此模塊選用DS12C887準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，如以下列圖顯示模塊選用1602液晶來(lái)顯示多種信息，設(shè)計(jì)圖以下列圖4.主要模塊功能介紹4.1US-100超聲波測(cè)距1．概述US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測(cè)距功能，擁2.4~5.5V的寬電壓輸入*圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)展校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。2．主要技術(shù)參數(shù)電氣參數(shù)US-100超聲波測(cè)距模塊工作電壓DC2.4V~5.5V靜態(tài)電流2mA工作溫度-20~+70度輸出方式電平或UART〔跳線帽選擇〕感應(yīng)角度小于15度探測(cè)距離2cm探測(cè)精度0.3cm+1%UART模式下串口配置波特率9600，起始位1位，停頓位1位，數(shù)據(jù)位8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，無(wú)流控制。6．串口觸發(fā)測(cè)距工作原理在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。在此模式下只需要在Trig/T*管腳輸入0*55〔波特率9600〕，系統(tǒng)便可發(fā)出8個(gè)40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)展溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)展校正，將校正后的結(jié)果通過(guò)Echo/R*管腳輸出。輸出的距離值共兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高8位〔HDate〕，第二個(gè)字節(jié)為距離的低8位〔LData〕，單位為毫米。即距離值為〔HData*256+LData〕mm。DS12C887時(shí)鐘芯片DS12C887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片功能豐富，能夠自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，其內(nèi)部又增加了世紀(jì)存放器，從而利用硬件電路解決子“千年〞問(wèn)題；DS12C887中自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10年之久；對(duì)于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有12小時(shí)制和24小時(shí)制兩種模式。在12小時(shí)制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時(shí)間的表示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種是用BCD碼表示；DS12C887中帶有128字節(jié)RAM，其中有11字節(jié)RAM用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信息，4字節(jié)RAM用來(lái)存儲(chǔ)DS12C887的控制信息，稱為控制存放器，113字節(jié)通用RAM使用戶使用；此外用戶還可對(duì)DS12C887進(jìn)展編程以實(shí)現(xiàn)多種方波輸出，并可對(duì)其內(nèi)部的三路中斷通過(guò)軟件進(jìn)展屏蔽。5.程序流程圖及局部程序5．1軟件流程圖5.2局部源程序程序一．超聲波測(cè)距模塊程序：voidUart_Send_Data(unsignedcharch){ ES=0;TI=0; SBUF=ch; while(!TI); TI=0; ES=1; }voidser()interrupt4{ if(TI)TI=0; if(RI) { RI=0; Received_Data=SBUF; if(count==0) { Hight_Data=Received_Data; } elseif(count==1) { count=0; Distance=Hight_Data*256+Received_Data; succeed_flag=1; } count++; }}voidtimer0()interrupt1{ TH0=(65536-46083)/256; TL0=(65536-46083)%256; n++; if(n==4) { n=0; Uart_Send_Data(0*55); } }二．時(shí)鐘模塊子程序voidwrite_ds(ucharadd,uchardate){ dscs=0; dsas=1; dsds=1; dsrw=1; P0=add; dsas=0; dsrw=0; P0=date; dsrw=1; dsas=1; dscs=1;}ucharread_ds(ucharadd){ uchards_date; dsas=1; dsds=1; dsrw=1; dscs=0; P0=add; dsas=0; dsds=0; P0=0*ff; ds_date=P0; dsds=1; dsas=1; dscs=1; returnds_date;}結(jié)論本次設(shè)計(jì)主要是基于STC89C52單片機(jī)為控制核心的，同時(shí)以超聲波測(cè)距為主的顯示測(cè)距系統(tǒng)，輔以時(shí)鐘顯示。通過(guò)對(duì)理論和實(shí)際情況的分析，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案是根本可行。實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)為主要的控制核心，本系統(tǒng)在工作時(shí)是通過(guò)測(cè)距傳感器采集數(shù)據(jù)，由單片機(jī)控制核心快速地計(jì)算出距障礙物距離并通過(guò)液晶屏顯示結(jié)果，同時(shí)利用用蜂鳴器鳴叫進(jìn)展聲音報(bào)警提示。本次設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于防盜、倒車防撞、水位測(cè)量、建筑施工工地等一些需要保護(hù)措施及顯示時(shí)間的場(chǎng)所。此次設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，準(zhǔn)確度不夠，程序仍需簡(jiǎn)化，硬件電路可以適當(dāng)調(diào)整。致謝此次課程設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)的知識(shí)