型的非常重 要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发 展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为研制具有更高定位精度 的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要继续发展采用低频线谱检 测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别研制更适合于浅海工作的 潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题。毋庸置疑，未来的超声波传感器将与 自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术 进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。 课题研究的意义 在现实生活中，些传统的距离测量方式在些特殊场合存在不可克服的缺陷， 例如，液面测量就是个距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或 脉冲检测液面，电极长期浸泡在水中或其它液体中，极易被腐蚀电解，从而失去灵 敏性。而利用超声波测量距离可以很好地解决这问题。目前市面上常见的超声波测 距系统不仅价格昂贵，体积过大而且精度也不高等种种因素，使得在些中小规模的 应用领域中难以得到广泛的应用。为解决这系列难题，本文设计了款基于 单片机的低成本高精度微型化的超声波测距仪。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 论文结构 论文首先对课题的背景和意义进行阐述，并概述了论文结构。 第章先就超声波测距的原理进行介绍，并提出了提高测距的精度的方案温 度补偿，且描述了其具体补偿方式。 第章针对本文采用的设计方案进行了可行性的论证，并得出了系统结构框图。 第章介绍了设计中需要用到的主要器件，且因其在本设计的作用不同而详尽程 序亦不同。 第章从整体硬件设计出发，对各部分电路进行了详细说明。 第章先给出了软件设计的整体流程图，并且对关键部分软件设计做了进步的 解释。 程序编译及系统仿真也是本文的个要点，所以特别分出章来详细介绍了程序 编译的环境和编译的步骤以及仿真的环境和部分仿真的效果图。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 第章超声波测距原理 超声波简介 我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的 频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为赫兹。当声波 的振动频率大于赫兹或小于赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高 于赫兹的声波称为超声波。通常用于医学诊断的超声波频率为兆赫。 超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特 点。可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石等。在医学，军事，工业，农业上有明显 的作用。 理论研究表明，在振幅相同的条件下，个物体振动的能量与振动频率成正比， 超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥 的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再 用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度。这就是超声波加湿器的原理。 对于咽喉炎气管炎等疾病，药品很难血流到打患病的部位。利用加湿器的原理，把 药液雾化，让病人吸入，能够疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做 剧烈的受迫振动而破碎。 超声波测距原理 超声波是利用反射的原理测量距离的，被测距离端为超声波传感器，另端必 须有能反射超声波的物体。测量距离时，将超声波传感器对准反射物发射超声波，并 开始计时，超声波在空气中传播到达障碍物后被反射回来，传感器接收到反射脉冲后 立即停止计时，然后根据超声波的传播速度和计时时间就能计算出两端的距离。测量 距离为  式中超声波的传播速度 超声波发射到接收所需时间的半，也就是单程传播时间。 由上式可风，距离的测量精度主要取决于计时精度和传播速度两方面。计时精度 由单片机定时器决定，定时时间为机器周期与计数次数的乘积，可选用的晶振，精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 使机器周期为精确的,不会产生累积误差，使定时间达到。超声波的传播速度 并不是固定不变的，传播速度受空气密度温度和气体分子成分的影响，关系式为  式中气体定压热容与定容热容的比值，空气为。 气体普适常数，为。 气体势力学温度，与摄氏温度的关系是。 气体相对分子质量，空气为。 时的声波速度，为。 由上式可见，超声波在空气中传播时，受温度影响最大，由表达式可计算出波速 与温度的关系，如表所示。温度越高，传播速度越快，而且不同为高阻抗输入端用。在 访问数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期 间激活内部上拉电阻。 口第脚，具有内部上拉电路的位准双向端口。在对片内程序存 储器型进行程序编程和校验时，用做低位地址总线。 口第脚，具有内部上拉电路的位准双向端口。当单片机访问 存储器时，用做高位地址总线在对片内程序存储器型进行程序编程 和校验时，亦用做高位地址总线。 口第脚，具有内部上拉电路的位准双向端口。它还提供特殊 的第二变异功能。它的每位均可定义为第功能的口或第二变异功能。第 二变异功能的具体含义如表精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 表口的第二变异功能 端口引脚第二功能 串行输入口 串行输出口 外中断 外中断 定时计数器 定时计数器 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 超声波传感器 超声波是指频率高于的机械波。超声波在恒定环境条件下的传播速度不变。 超声波传感器主要材料有压电晶体电致伸缩及镍铁铝合金磁致伸缩两类。电 致伸缩的材料有锆钛酸铅等。压电晶体组成的超声波传感器是种可逆传感 器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变 成电能，所以它可以分成接收器和发送器。超声波传感器由两个压电晶片和个共振 板组成，当压电晶片的两极加上频率等于其固有谐振频率的 脉冲信号时，压电晶片产生共振，并带动共振板产生振动， 同时带动压电晶片也起振动，将机械能转换为电能，称为 超声波接收器。超声波传感器利用压电效应进行电能和超声 波机械能的相互转换，也称为超声波换能器。超声波发射换 能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上 的标志，但外观基本致。有的超声波传感器既作发送，也 能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，其结构如图 所示，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工图外观 作频率般为及。这类传感器适用于测距遥控防盗等用途。 该种有，等其中表示发送，表示接收，表示频率为， 及表示其外径尺寸，以毫米计。本设计采用的就是发送超声波传感器及接 收超声波传感器,其外观如图。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 温度传感器 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片 铜热电阻铂热电阻热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的 温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有 体积小灵敏度高精度高的特点，而且制造工艺简单价格低廉。半导体热敏电阻 按温度特性热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻电阻随温度上升而增加和负温度 系数热敏电阻电阻随温度上升而下降。 本设计采用的是美国半导体公司的不锈钢封装的数字温度传感 器。是采用专门设计的不锈钢外壳，仅有的壁厚，具有很小的蓄热量， 采用导热性高的密封胶，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。 支持线总线接口，测量温度范围为，在 范围内,精度为。现场温度直接以线总线的数字方式传输，大大提高 了系统的抗干扰性。 采用脚封装图 数字化温度传感器的主要性能如下 适用电压为 位分辨率可调，对应的可编程温度分别为 及封装可选 测温范围 精度范围内 无需外部元件，独特的线接口，电源和信号复合在起 每个芯片唯编码，支持联网寻址，零功耗等待。 图封装图精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 第章硬件电路设计 超声波发射电路 超声波发射电路原理图如图所示。发射电路主要由反相器和超声波发 射换能器构成，单片机端口输出的的方波信号路经级反向器后送 到超声波换能器的个电极，另路经两级反向器后送到超声波换能器的另个电极， 用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。 输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻方面可以提高 反向器输出高电平的驱动能力，另方面可以增加超声波换能器的阻尼效果， 缩短其自由振荡时间。 图超声波发射电路原理图 超声波接收电路 超声波接收电路由超声波传感器两级放大电路和锁相环电路组成。超声波传感 器接收到的反射波信号非常微弱，两级放大电路用于对传感器接收到的信号进行放大。 锁相环电路接收到频率符合要求的信号后向单片机发出中断请求。锁相环内部 压控振荡器的中心频率为，锁定带宽与有关。由于发送的超声波 频率为，帮调整相关元件使锁相环的中心频率为，只响应该频率的信号， 避免了其他频率信号的干扰。 当超声波传感器接收到超声波信号后，送入两级放大器放大，放大后的信号进入精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 锁相环检波，如果频率为，则从脚发出低电平中断请求信号送单片机端， 单片机检测到低电平后停止定时器的工作。超声波接收电路如图所示。 图超声波接收电路 显示电路 显示电路如图，四位组成动态扫描电路，由的口输出。动 态扫描时，由口控制的当前显示位。当距离测量结束并调用显示程序，就会 显示距离大小，显示两位小数。当按下按键时，将会显示温度值，延时后恢复 显示距离值。 图显示电路 电源电路 电源电路如图所示。为方便起见，本设计采用的是电池供电，直流电送入精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 三端稳压器稳压，输出稳恒直流电，作为电路的电源。是电源指示