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基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計
（作者未知） 2010/1/3
（接上頁）X20106內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率f0五可由其5腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60 kHz。故本次設(shè)計用它來做接收電路。CX20106內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。工作過程如下：接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適幅值的矩形脈沖，由濾波器進(jìn)行頻率選擇，濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送給輸出端7腳。當(dāng)接收到與CX20106濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低電平，而輸出端7腳直接接到．AT89S52的INT0引腳上，以觸發(fā)中斷。若頻率有一些誤差，可調(diào)節(jié)芯片引腳5的外接電阻R42，將濾波器的中心頻率設(shè)置在40 kHz，就可達(dá)到理想的效果。
3．3 其他主要電路
(1)溫度測量部分。
由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同，為提高系統(tǒng)的精度，采用了溫度補償功能。這里采用的主要元器件是是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點。將DS18B20數(shù)據(jù)線與單片機的P1.1口相連，就可以實現(xiàn)溫度測量。
(2)LCD顯示部分。
本設(shè)計顯示部分采用字符型TC1602液晶顯示所測距離值。TC1602顯示的容量為2行16個字。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點，與數(shù)碼管相比，顯得更專業(yè)、美觀。使用時，可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連，P2口與LCD的控制線相連。
其中，TC1602第4腳RS為寄存器選擇，第5腳RW為讀寫信號線，第6腳E為使能端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。這里要注意的是，為了布線方便，單片機端的D0～D7是接到LCD／602的D1～D0，正好相反，因此在編寫軟件時需要做處理，使讀取正確。
(3)報警部分。
采用一個蜂鳴器，由P1.2輸出一定頻率的信號，在連接到蜂鳴器之前，經(jīng)過一個三極管9 012的放大。
(4)電源電路：220 V經(jīng)9 V變壓器降壓后，再經(jīng)D1~D4橋式整流和7 805穩(wěn)壓后給電路各部分供電。
(5)晶振電路：采用12 MHz的晶振。
4 軟件
系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要包括主程序設(shè)計、T1中斷服務(wù)子程序、INT0外部中斷服務(wù)子程序、測溫子程序、距離計算子程序、顯示子程序、延時子程序和報警子程序設(shè)計等。
系統(tǒng)軟件編制時應(yīng)考慮相關(guān)硬件的連線，同時還要進(jìn)行存儲空間、寄存器以及定時器和外部中斷引腳的分配和使用。本設(shè)計中P1.0引腳連接到7 HC04推挽放大電路再連接到超聲波發(fā)射傳感器，P1.0引腳輸出的將是軟件方式產(chǎn)生的40 kHz方波，而P3.2(INT0)則被用來接收回波。定時器T1，T0均工作在工作方式1，為16位計數(shù)，T1定時器被用來開啟一次測距過程以它的溢出為標(biāo)志開始一個發(fā)射測量循環(huán)，T0定時器是用來計算脈沖往返時間，它們的初值均設(shè)為0。
系統(tǒng)初始化后就啟動定時器T1從0開始計數(shù)，此時主程序進(jìn)入等待，當(dāng)?shù)竭_(dá)65 ms時T1溢出進(jìn)入T1中斷服務(wù)子程序；在T1中斷服務(wù)子程序中將啟動一次新的超聲波發(fā)射，此時將在P1.0引腳上開始產(chǎn)生40 kHz的方波，同時開啟定時器T0計時，為了避免直射波的繞射，需要延遲1 ms后再開INT0中斷允許；INT0中斷允許打開后，若此時P3.2(INT0)引腳出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號，將提出中斷請求進(jìn)入INT0中斷服務(wù)子程序，在INT0中斷服務(wù)子程序中將停止定時器T0計時，讀取定時器T0時間值到相應(yīng)的存儲區(qū)，同時設(shè)置接收成功標(biāo)志；主程序一旦檢測到接收成功標(biāo)志，將調(diào)用測溫子程序，采集超聲波測距時的環(huán)境溫度，并換算出準(zhǔn)確的聲速，存儲到RAM存儲單元中；單片機再調(diào)用距離計算子程序進(jìn)行計算，計算出傳感器到目標(biāo)物體之間的距離；此后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示；若超過設(shè)定的最小報警距離還將啟動揚聲器報警；當(dāng)一次發(fā)射、接收、顯示的過程完成后，系統(tǒng)將延遲100 ms重新讓T1置初值，再次啟動T1以溢出，進(jìn)入下一次測距。如果由于障礙物過遠(yuǎn)，超出量程，以致在T0溢出時尚未接收到回波，則顯示“ERROR”重新回到主流程進(jìn)入新一輪測試。主程序和定時器T1、外部中斷INT0中斷服務(wù)子程序。
此外，還有幾點需要說明的是：
(1)定時器T1之所以是65 ms溢出是因為它是16位定時／計數(shù)器(65 535)。在使用12MHz的晶振時，由于周期T=1/f=1／[(12×106)／12]=1μs，則一個機器周期是1μs，計數(shù)器每65 ms計數(shù)器溢出。
(2)本設(shè)計中40 kHz方波的產(chǎn)（未完，下一頁）
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