1、分類號(hào)：分類號(hào)：TP274.53TP274.53U U D D C C：D10621-408-(2012)1938-D10621-408-(2012)1938-0 0密密 級(jí)：公級(jí)：公 開編開編 號(hào)：號(hào)：20080330262008033026信信 息息 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院學(xué)學(xué) 位位 論論 文文基于超聲波的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于超聲波的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究論文論文 申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位類別：申請(qǐng)學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士工學(xué)學(xué)士指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師 ( (職職稱稱 ) )：論文提交日期：論文提交日期：20122012 年年 0606 月月 0101 日日基于超聲波的障礙物檢測(cè)

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于超聲波的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究摘摘 要要在實(shí)際工作中，有很多人類不適宜進(jìn)入的工作環(huán)境，這時(shí)使用智能機(jī)器人代替人類完成工作是一個(gè)很好的選擇，然而這些環(huán)境往往很復(fù)雜，智能機(jī)器人的自動(dòng)避障系統(tǒng)就成了一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，超聲波對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光信號(hào)等具有極強(qiáng)的抗干擾能力，因此能夠被應(yīng)用于非常復(fù)雜的環(huán)境中，使用超聲波檢測(cè)障礙物的原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)過(guò)程方便，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的避障系統(tǒng)，本課題設(shè)計(jì)了一種使用超聲波測(cè)距的電路，并對(duì)電路進(jìn)行了測(cè)試和分析，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)障礙物并通過(guò) LED 顯示其距離的功能，還提出了一種使用軟件修正音速的方法，比使用傳感器擁有更簡(jiǎn)單更精確的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：超聲波測(cè)距

3、；障礙物檢測(cè)；機(jī)器人避障TheThe D Designesign andand R Researchesearch ofof ObstaclesTestingSystemObstaclesTestingSystem B Basedased ononU UltrasonicltrasonicAbstractAbstractIn practical work, there are many environments which not suitable for humanto work in, then using intelligent robots to finish these works

4、insteadof human is a very good choice, however these environments are often very complex, theIntelligent-Robots-Automatic-Obstacle-Avoidance-System will become a key technology, ultrasonic have extremely strong anti-jamming ability to electric field, magnetic field, light signals, etc, so it can be

5、used in very complex environment,the principle of ultrasonic testing obstacle is simple and it easy to be applied, so it was widely used in Robot-Obstacle-Avoidance-Systems, this topic designed a kind of ranging circuit using ultrasonicand test and analysis of the circuit, realizing the function of

6、obstacle detection the distance and displayed by LED, and puts forward a method of using software fixed voice speed, it is more simple and more accurate than using sensors.KeyKey words:words:Ultrasonic ranging; Obstacle detection; Robot obstacle avoidance目目 錄錄論文總頁(yè)數(shù)：30 頁(yè)1 引言 11.1 課題背景 11.2 超聲波應(yīng)用的優(yōu)勢(shì) 1

7、1.3 本課題研究的意義 11.4 本課題的研究方法 22 超聲波測(cè)距原理 22.1 超聲波發(fā)生器 22.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理 22.3 超聲波測(cè)距原理 33 超聲波測(cè)距電路硬件設(shè)計(jì) 33.1 超聲波發(fā)射電路 33.2 超聲波接收電路 43.3 單片機(jī)選用與單片機(jī)最小系統(tǒng) 53.4 單片機(jī)串口下載電路 63.5 顯示驅(qū)動(dòng)電路 74 超聲波測(cè)距電路程序設(shè)計(jì) 84.1 算法設(shè)計(jì) 84.2 主程序 84.3 超聲波發(fā)生中斷程序 94.4 超聲波接收中斷程序 105 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 125.1 系統(tǒng)的調(diào)試 125.2 系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與誤差分析 135.2.1 測(cè)量數(shù)據(jù) 135.2.2 誤差分析

8、 135.2.3 針對(duì)誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案 156 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的問(wèn)題與特點(diǎn) 166.1 多次反射問(wèn)題 166.2 超聲波傳感器的盲區(qū) 166.3 可測(cè)障礙物的極限參數(shù) 166.4 測(cè)量距離與信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系 16結(jié)論結(jié)論 171 / 37參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 18致 19聲明 20附錄 211 / 371 1 引言引言1.11.1 課題背景課題背景由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲經(jīng)常用于距離的測(cè)量和障礙物檢測(cè)等，如測(cè)距儀和物體位置測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算比較簡(jiǎn)單。所以超聲波測(cè)距法是一種非常簡(jiǎn)單常見(jiàn)的方法，經(jīng)常被

9、應(yīng)用在機(jī)器人平臺(tái)上進(jìn)行近距離測(cè)量。超聲波作為一種特殊的聲波，具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射和散射。超聲波檢測(cè)障礙物是利用其反射特性，當(dāng)發(fā)出的超聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)被障礙物反射，超聲波接受探頭接收到信號(hào)并經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后送給機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行處理，為機(jī)器人平臺(tái)提供障礙物的距離、速度、以與方位等信息。1.21.2 超聲波應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)超聲波應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與同類測(cè)距方法相比，超聲波測(cè)距法具有以下優(yōu)勢(shì)：1) 相對(duì)于聲波，超聲波有定向性較好、能量集中、在傳輸過(guò)程中衰減較小、反射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。2) 和光學(xué)方法相比，超聲波的波速較小，可以直接測(cè)量較近的目標(biāo)，縱向分辨率高；對(duì)色彩、光照度、電磁場(chǎng)不敏感，被

10、測(cè)物體處于黑暗、煙霧、電磁干擾、有毒等比較惡劣的環(huán)境有一定的適應(yīng)能力。特別是在海洋勘測(cè)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。3) 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低，信息處理簡(jiǎn)單可靠，便于小型化和集成化。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們利用超聲波的技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在不斷發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)。1.31.3 本課題研究的意義本課題研究的意義在實(shí)際工作環(huán)境中，很多場(chǎng)所是不適宜人類進(jìn)入的，這時(shí)就要用到機(jī)器人。使用智能機(jī)器人代替人類去進(jìn)行這些工作是很有效率的，因?yàn)樗鼈儗?duì)環(huán)境的適應(yīng)力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人類，但是這些環(huán)境往往很復(fù)雜，因此機(jī)器人的障礙物規(guī)避系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得非

11、常重要，超聲波因?yàn)樗母鞣N優(yōu)勢(shì)而經(jīng)常被運(yùn)用于機(jī)器人的障礙物規(guī)避系統(tǒng)中，本課題設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距電路可以檢測(cè)到障礙物并測(cè)出距離，為機(jī)器人平臺(tái)提供障礙物的各類信息，讓機(jī)器人能夠在復(fù)雜的環(huán)境中規(guī)避障礙物從而順利的完成人類交給它的工作任務(wù)。2 / 37通過(guò)本課題的研究，將所學(xué)到的知識(shí)用在實(shí)踐中并有所創(chuàng)新和進(jìn)步。該設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)者有較好的數(shù)電、模電知識(shí)，并且有一定的編程能力，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波發(fā)射和接收信號(hào)進(jìn)行控制，通過(guò)單片機(jī)程序?qū)Τ暡ㄐ盘?hào)進(jìn)行相應(yīng)的分析、計(jì)算、處理最后顯示在 LED 數(shù)碼管上。1.41.4 本課題的研究方法本課題的研究方法本設(shè)計(jì)選用 TCT40-16T/R 超聲波傳感器。在了

12、解超聲波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上根據(jù)原理設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距模塊的硬件結(jié)構(gòu)電路。對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析和波測(cè)距的方法測(cè)量物體之間的距離。具體設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距器，包括單片機(jī)控制電路，發(fā)射電路，接收電路，LED 顯示電路和串口下載電路。整個(gè)模塊采用單片機(jī)控制，匯編語(yǔ)言編程。2 2 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理2.12.1 超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器總體上講可以分兩大類：一類是電氣方式產(chǎn)生超聲波，包括壓電型。磁滯伸縮性和電動(dòng)型等；另一類是機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波，包括加爾統(tǒng)笛、夜哨和氣流旋笛等。他們?cè)诠ぷ髟怼l(fā)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性方面都各有區(qū)別。目前主流的是壓電式超聲波發(fā)生器。2.2

13、2.2 壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器原理這種超聲波發(fā)生器的工作原理利用了壓電晶體的壓電效應(yīng)(如圖 2-2-1)，即是在壓電晶體的兩極加上脈沖信號(hào)，壓電晶體就會(huì)隨著脈沖產(chǎn)生形變，就產(chǎn)生了超聲波；反之，若兩極不加脈沖信號(hào)，而晶體接收到聲波或其他原因產(chǎn)生了形變，則會(huì)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，這就成了超聲波接收器了。圖 2-2-1 壓電式超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖3 / 372.32.3 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理圖 2-3-1 為超聲波測(cè)距原理示意圖，超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收器接收到反射回來(lái)的時(shí)候停止計(jì)時(shí)，結(jié)合聲音在空氣中的傳播速度(約等于 344m/s),那么就可以根據(jù)公式計(jì)

14、算出障礙物344t / 2S 距離發(fā)射點(diǎn)的距離了。圖 2-3-1 超聲波測(cè)距原理示意圖4 / 373 3 超聲波測(cè)距電路硬件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距電路硬件設(shè)計(jì)3.13.1 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路采用四反相器 74ls04 經(jīng)過(guò)兩次反向驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射探頭的一極，另一極采用一次反向來(lái)驅(qū)動(dòng)。電路圖如圖 3-1-1 所示。R2 和 R3 均為 1K, U3A 為一級(jí)反向器，U3C 和 U3D 組成二級(jí)反向，U3B和 U3E 為另一極的一級(jí)反向。這樣通過(guò)兩極的反向器之后，不管是電壓還是電流都大大增加，因此發(fā)射功率得到了大幅度的增強(qiáng)。3.23.2 超聲波接收電路超聲波接收電路如圖 3-2 所示

15、，超聲波的接收電路采用了超聲波接收芯片 CX20106A 來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波接收信號(hào)的放大和濾波作用，CX20106A 是超聲波接收專用芯片，它共有 8 腳：1 腳是超聲波信號(hào)輸入端，其輸入阻抗約為 40K。2 腳與地之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)集成部分，改變他們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R5 或減小電容 C15 將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但是 C15 的改變會(huì)影響頻率特性，一般在實(shí)際應(yīng)用中不必改動(dòng)，因此此處選擇 R5 為 4.7 歐姆，C15 為 3.3 微發(fā)。3 腳與地之間連接檢波電容，電容量大則為平均值檢波，瞬間響應(yīng)靈敏

16、圖 3-1-1 超聲波信號(hào)發(fā)射電路5 / 37度低；若電容量小，則為峰值檢波，瞬間響應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，此處選用 3.3 微發(fā)電容。4 腳為接地端。5 腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率，阻值越大，中心頻率越低。此處取 R6 為 220K，中心頻率約為 38kHz。6 腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF, 如果該電容取的太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7 腳是遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該腳必須接一個(gè)上拉電阻到電源，此處采用 R7=220K，當(dāng)接收到超聲波信號(hào)時(shí)，該腳輸出低電平，否則輸出高電平。8 腳為電源正極，輸入 4.

17、5V 到 5V 電源電壓。圖 3-2 超聲波信號(hào)接收電路6 / 373.33.3 單片機(jī)選用與單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)選用與單片機(jī)最小系統(tǒng)本文采用 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C52 單片機(jī)(如圖 3-3-1)，STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，置 4KB EEPROM，MA

18、X810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。圖 3-3-1 STC89C52RC 單片機(jī)7 / 37單片機(jī)要工作除了需要外接電源外還需要外接時(shí)鐘電路以與復(fù)位電路，這些構(gòu)成了最小單片機(jī)系統(tǒng)，如圖 3-3-2 所示，Y1 為 12M 石英晶振，

19、C12和 C13 均為 30pF，C10 和 R4 組成單片機(jī)復(fù)位電路，C10 為 10 微發(fā)，在 C10兩端接復(fù)位按鈕 K1，當(dāng) K1 按下時(shí)，單片機(jī)的 RST 引腳接收到高電平，單片機(jī)復(fù)位，松開 K1，單片機(jī) RST 引腳處于接地狀態(tài)，單片機(jī)正常工作。圖 3-3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)8 / 373.43.4 單片機(jī)串口下載電路單片機(jī)串口下載電路為了方便調(diào)試，本文為超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)了串口下載電路，串口下載電路采用了 MAX232CPE 電平轉(zhuǎn)換芯片(如圖 3-4-1 所示)作為主要器件，MAX232CPE 完成 232 電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換，提供一個(gè)本地接口，為調(diào)試和維護(hù)提供方便。TXD

20、 接 SX52 的 RA2 腳，RXD 接 SX52 的 RA3 腳，RS-RXD 和 RS-TXD 是 RS232 電平，為標(biāo)準(zhǔn)串口電平。數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機(jī)SX52，SX52 再把數(shù)據(jù)送到 RTL8019AS 傳出去。串口下載電路的具體電路圖如圖 3-4.2 所示，J2 為串口轉(zhuǎn)接線插頭，9 腳和 10 腳分別接單片機(jī)的 RXD和 TXD 引腳。有了串口下載電路，在調(diào)試程序的時(shí)候就不用再取下單片機(jī)放到開發(fā)板上燒錄，只需要用串口轉(zhuǎn)接線接到串口下載電路就可以實(shí)現(xiàn)程序的燒錄，大大簡(jiǎn)化了程序調(diào)試的過(guò)程。圖 3-4-1 單片機(jī)串口下載電路9 / 373.53.5 顯示驅(qū)動(dòng)電路顯示驅(qū)動(dòng)電路如圖

21、3-5-1 所示，本文采用了總線驅(qū)動(dòng)芯片 74LS245，74LS245 是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng) 8051 單片機(jī)的 P0 口總線負(fù)載達(dá)到或超過(guò) P0 最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)片選端/CE 低電平有效時(shí),DIR= “0” ，信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收）DIR=“1” ，信號(hào)由 A 向 B 傳輸（發(fā)送）當(dāng)/CE 為高電平時(shí)，A、B 均為高阻態(tài)。由于 P2 口始終輸出地址的高 8 位，接口時(shí) 74LS245 的三

22、態(tài)控制端/1G 和/2G 接地，P2 口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。P0 口與 74LS245 輸入端相連,/E 端接地，保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通。8051 的/RD 和/PSEN 相與后接 DIR，使得/RD 或/PSEN 有效時(shí)，74LS245 輸入（P0.iDi） ，其它時(shí)間處于輸出（P0.iDi） 。圖 3-5-1 顯示驅(qū)動(dòng)電路10 / 374 4 超聲波測(cè)距電路程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距電路程序設(shè)計(jì)4.14.1 算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理是超聲波發(fā)生器 T 在某時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波信號(hào)遇到障礙物后反射回來(lái)，就被超聲波接收器 R 所接收。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所

23、用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與障礙物之間的距離。距離的計(jì)算公式為： (1)0.50.5Hsvt其中，H為障礙物與測(cè)距儀的距離，s 為超聲波往返的路程， 為超聲v波的速度， 為超聲波往返所用的時(shí)間。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)t部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和接收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)下降沿，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。4.24.2 主程序主程序主程序是單片機(jī)程序的主體，整個(gè)單片機(jī)端系統(tǒng)軟件的功能的實(shí)現(xiàn)都是在其中完成的，在此過(guò)程中主程

24、序調(diào)用了子程序與中斷服務(wù)程序。主程序首先要對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器 T0 工作模式為 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器模式，置位總中斷允許位 EA 并對(duì)顯示端口 P0 和 P2 清零；然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，需要延時(shí) 0.1ms（這也就是超聲波測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后才打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號(hào)，由于采用的是 12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1us，所以當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間)按式(7)計(jì)算，即可得被測(cè)物體與障礙物之間距離，設(shè)計(jì)時(shí)取 20時(shí)的

25、聲速為 344，則有。其中：為計(jì)數(shù)器 T0 的計(jì)數(shù)值。/m s00.5(17210000)HvtTcm0T11 / 37測(cè)出距離后，結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方式送往數(shù)碼管顯示。圖 4-2-1所示為主程序流程圖。4.34.3 超聲波發(fā)生中斷程序超聲波發(fā)生中斷程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過(guò) P1.0 端口發(fā)送八個(gè)個(gè)超聲波脈沖信號(hào)(頻率約 38.5KHz的方波)，脈沖寬度為 12us左右，同時(shí)打開 T0 計(jì)數(shù)器進(jìn)行圖 4-2-1 主程序流程圖12 / 37計(jì)時(shí)。其部分源程序如下所示：超聲波發(fā)射中斷程序(12M 晶振 38.5KHz)INTT1: CPL P1.0 DJNZ R4,RETIOUT

26、CLR TR1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān) T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0 ;開啟接收回波中斷RETIOUT: RETI4.44.4 超聲波接收中斷程序超聲波接收中斷程序超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷 0 檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)(即 INT0 引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器 T0 停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 1.如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器 T0 溢出中斷將外中斷 0 關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值 2 以表示此次測(cè)距不成功。一次測(cè)量函數(shù)流程圖如圖 4-4-1.部分源程序如下：;*;* 中

27、斷程序 *;*;T0 中斷，65ms 中斷一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0 ;啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 T0，用以計(jì)算超聲波來(lái)回時(shí)間 SETB TR1 ;開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器 T1 OUT: RETI;T1 中斷，發(fā)超聲波用INTT1: CPL VOUT13 / 37 DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān) T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0 ;開啟接收回波中斷RETIOUT: RETI;外中斷 0，收到回波時(shí)進(jìn)入PINT0: C

28、LR TR0 ;關(guān)計(jì)數(shù)器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ;將計(jì)數(shù)值移入處理單元 MOV 45H, TH0 SETB 00H ;接收成功標(biāo)志 RETI14 / 375 5 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析5.15.1 系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)的調(diào)試超聲波測(cè)距儀的制作和調(diào)試都較為簡(jiǎn)單，其中超聲波發(fā)射和接收采用的超聲波傳感器的中心頻率為 38.5KHz，安裝時(shí)應(yīng)保持兩個(gè)傳感器中心軸平行并相距 48cm,其余的元件沒(méi)有特殊的要求。根據(jù)測(cè)量圍要求不同，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與接收器并接的濾波電容的大小，以活動(dòng)合適的接收靈敏度和抗干擾能力。進(jìn)入測(cè)量函數(shù)設(shè)置定時(shí)器溢

29、出標(biāo)志位定時(shí)器中斷初始化開始發(fā)送延時(shí)T0 溢出標(biāo)志位清零接收到回波清零 T0 溢出標(biāo)志計(jì)算距離顯示測(cè)量值圖 4-4-1 一次測(cè)量函數(shù)流程圖15 / 37在焊接完所有元件之后，先不上電，檢查電路電源和地是否因粗心而造成的短路現(xiàn)象。確定電路不短路之后，先不要把芯片插在已焊接好的 IC插座上，給電路上電，檢查電路中的元件是否存在虛焊。在確定各芯片供電和關(guān)鍵管腳處正常后，即可插上 IC 進(jìn)行測(cè)試。首先測(cè)試發(fā)射電路，用示波器觀察超聲波發(fā)送端，負(fù)端為-10V 直流電壓，正端為方波信號(hào)，低電平電壓為-10V，高電平電壓為+10V，則表明發(fā)送端正常。再測(cè)試接收端，更改程序讓單片機(jī)一直發(fā)射 38.5KHz的方波

30、信號(hào)，接收器正極一直有微弱信號(hào)，表明接收探頭也工作正常。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測(cè)量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測(cè)量需要。5.25.2 系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與誤差分析系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與誤差分析5.2.15.2.1 測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)由于實(shí)驗(yàn)的要測(cè)量距離，所以在測(cè)試的時(shí)候，采用在室測(cè)量到墻壁的距離，其測(cè)量圍為 4cm250cm。在對(duì)測(cè)量值和真實(shí)值進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)兩者總存在一定的偏差，測(cè)量值和真實(shí)值的偏差保持在 1cm左右，并計(jì)算其相對(duì)誤差。如表 5-2-1 為一組測(cè)量數(shù)據(jù)。真實(shí)值(cm)5102030405060

31、708090測(cè)量值(cm)6102131415161708292相對(duì)誤差(%)200103.32.521.702.52.2真實(shí)值(cm)100110120130140150160170180190測(cè)量值(cm)102111121129139152163172183194相對(duì)誤差(%)20.90.80.80.71.31.81.21.72.15.2.25.2.2 誤差分析誤差分析超聲波測(cè)距由于其再使用中不受光照度、電磁場(chǎng)、色彩等因素的影響，加之其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，在機(jī)器人避障和定位、汽車倒車、水庫(kù)液位測(cè)量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。在原理上，超聲波測(cè)距有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測(cè)距常

32、用，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測(cè)物，經(jīng)反射后由超聲波傳感器接收反射脈沖，測(cè)量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間 ，在已知超聲波聲速 的前提下，可計(jì)算被tv測(cè)物的距離H，即：。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；2vtH 超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時(shí)間很難精確表 5-2-1 測(cè)量數(shù)據(jù)16 / 37測(cè)量。這些因素使超聲波測(cè)距的精度和圍受到影響。1) 溫度對(duì)超聲波波速的影響空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度與氣體分子成份的影響。

33、其中溫度對(duì)超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響，當(dāng)需要精確確定超聲波傳播速度時(shí)，必須考慮溫度的影響。2) 超聲波回波聲強(qiáng)影響超聲波回波聲強(qiáng)與被測(cè)物得距離有由直接的關(guān)系，實(shí)際測(cè)量時(shí)，不一定是第一個(gè)回波的過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)。這種誤差不能從根本上消除，但是可以通過(guò)根據(jù)測(cè)量距離調(diào)整脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)以與動(dòng)態(tài)調(diào)整比較電壓來(lái)減小這種誤差。3) 電路本身影響電路硬件和軟件本身存在一定的缺陷，因此會(huì)造成測(cè)量誤差，主要表現(xiàn)為：?jiǎn)?dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)之間的偏差。這是源于單片機(jī)一次只能處理一件事，所以啟動(dòng)發(fā)射和啟動(dòng)計(jì)時(shí)實(shí)際上不能同時(shí)完成，是先后完成的，存在時(shí)差。但只要指令速度足夠快，其偏差可以忽略。收到回波到被檢測(cè)出的滯后。這是

34、源于檢測(cè)電路的靈敏度和判斷偏差，從收到實(shí)際回波到電路確認(rèn)并輸出相應(yīng)信號(hào)肯定存在滯后，這和回波信號(hào)強(qiáng)弱、檢測(cè)電路原理以與判斷電路的敏感性相關(guān)，也是超聲波測(cè)距的核心。收到中斷到中斷響應(yīng)停止計(jì)時(shí)之間的滯后。這是源于單片機(jī)的中斷機(jī)制。收到中斷信號(hào)后，單片機(jī)不可能立刻響應(yīng)，至少要完成當(dāng)前的指令，有時(shí)還要等待其它中斷服務(wù)結(jié)束，所以這個(gè)滯后時(shí)間也不確定，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的變化。但這個(gè)因素可以通過(guò)提高單片機(jī)速度，使用高優(yōu)先級(jí)中斷。計(jì)時(shí)器本身的誤差。這是源于計(jì)時(shí)器本身。由于目前多數(shù)使用晶體振蕩器，其穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度為 20-50 PPM 級(jí)別，對(duì)于音速而言，其帶來(lái)的誤差在 mm 級(jí)。為減小此項(xiàng)誤差，應(yīng)該提高計(jì)時(shí)的

35、最小單位，即是選擇頻率高的晶振，從而降低量化誤差。同時(shí)選用質(zhì)量好的晶振。4) 超聲波波速入射角影響超聲波波束入射角也會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，由于系統(tǒng)是用來(lái)測(cè)量點(diǎn)和面的距離，則被測(cè)物表面，超聲波發(fā)射探頭和接收探頭三者之間存在一17 / 37個(gè)幾何角度，即發(fā)射波入射到接收探頭的角度，如果這個(gè)角度不是 0 度，系統(tǒng)測(cè)量到的距離是被測(cè)物與接收探頭之間的距離而不是和測(cè)量參考面之間的距離，這就會(huì)造成測(cè)量誤差。5) 超聲波傳感器所加脈沖電壓對(duì)測(cè)量圍和精度的影響制作超聲波傳感器的材料分為磁致伸縮材料和壓電材料兩種。超聲波測(cè)距常用壓電材料制作的傳感器。超聲波傳感器外加脈沖電壓的幅值會(huì)影響壓電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)壓電材料不

36、受外力時(shí)，其應(yīng)變 S 與外加電場(chǎng)強(qiáng)度 E 的關(guān)系為：。其中為應(yīng)變電場(chǎng)常數(shù)。超聲波傳感器外加的脈沖電壓dES d影響壓電材料的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而影響其應(yīng)變量和超聲轉(zhuǎn)換的效率，進(jìn)而影響超聲波幅值。這些會(huì)直接影響超聲波的回波幅值。所以，為了提高壓電轉(zhuǎn)換效率，提高超聲測(cè)距精度和圍，應(yīng)盡量提高超聲傳感器外加脈沖電壓的幅值。5.2.35.2.3 針對(duì)誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案針對(duì)誤差產(chǎn)生原因的系統(tǒng)改進(jìn)方案在實(shí)際應(yīng)用中，為了方便處理，超聲波常調(diào)制成具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號(hào)。測(cè)距系統(tǒng)一般由超聲波發(fā)送、接收、微機(jī)控制和溫度測(cè)量四個(gè)部分組成。如何提高測(cè)量精度是超聲波測(cè)距的關(guān)鍵技術(shù)。其提高測(cè)距精度的措施如下：1)

37、合理選擇超聲波工作頻率、脈寬與脈沖發(fā)射周期。一般情況，超聲波測(cè)距的工作頻率選擇 40KHz 較為合適；發(fā)射脈寬一般應(yīng)大于超聲波在空氣中傳播的周期的 10 倍以上，考慮傳感器通頻帶與抑制噪聲的能力，選擇發(fā)射脈寬 1ms；脈沖發(fā)射周期的選擇主要考慮微機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度。2) 在超聲波接收回路中串入增益調(diào)節(jié)與自動(dòng)增益負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)，因超聲波接收到的信號(hào)的幅值隨傳播距離的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減，所以采用增益調(diào)節(jié)電路使放大倍數(shù)隨測(cè)距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加的電路，使接收器波形的幅值不隨測(cè)量距離的變化而大幅度的變化，采用電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)能使接收波形更加穩(wěn)定。3) 提高計(jì)時(shí)精度，減少時(shí)間量化誤差。如果采用芯片計(jì)時(shí)器

38、，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率越高，則時(shí)間量化誤差造成的測(cè)距誤差就越小。例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)置計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率只有晶振頻率的十二分之一，當(dāng)晶振頻率為 6MHz時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 0.5MHz此時(shí)在空氣中的測(cè)距時(shí)間量化誤差為 0.68mm；當(dāng)晶振頻率為 12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)頻率為 1MHz，此時(shí)測(cè)距時(shí)間量化誤差為 0.34mm。若采用外部硬件計(jì)時(shí)電路，則計(jì)數(shù)頻率可直接引用單片機(jī)的晶振頻率，時(shí)間量化誤差更小。4)補(bǔ)償溫度、氣壓干濕度等因素對(duì)傳播聲速的影響。超聲波在介質(zhì)中18 / 37的傳播速度與溫度、壓力等因素有關(guān)，其中溫度的影響最大，因此需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)這種情況有的人在設(shè)計(jì)電路中加入溫度補(bǔ)償模塊，減少溫度對(duì)聲速的影

39、響。然而影響聲音傳播速度的除了溫度外，壓強(qiáng)與濕度等都有一定的影響。因此如果使用硬件補(bǔ)償?shù)姆绞奖仨毷褂酶嗟膫鞲衅?，算法也?fù)雜的多。本文作者建議使用軟件補(bǔ)償?shù)姆绞?，即是在系統(tǒng)初始化的同時(shí)，將聲音傳播速度一起初始化。比如每次開機(jī)前在超聲波探頭前固定距離(比如 50cm)放置一個(gè)障礙物，然后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，由于聲音傳播距離是已知的，測(cè)出時(shí)間就可以計(jì)算出聲音傳播速度，而且這個(gè)速度是已經(jīng)經(jīng)過(guò)各種補(bǔ)償之后的真實(shí)速度，無(wú)需進(jìn)行任何補(bǔ)償，然后用這個(gè)已知速度去測(cè)量距離，即可以減少或消除由于溫度、壓強(qiáng)和干濕度等因素帶來(lái)的測(cè)量誤差。6 6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的問(wèn)題與特點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的問(wèn)題與特點(diǎn)6.16.1 多次反射問(wèn)

40、題多次反射問(wèn)題當(dāng)障礙物較雜亂的時(shí)候，由于各種障礙物距離不一樣，反射回波存在先后到達(dá)的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)中，將超聲波傳感器指向房間一個(gè)堆有雜亂物體的角落，先后到達(dá)的回波會(huì)引起的接收系統(tǒng)不斷動(dòng)作。這對(duì)單次測(cè)距影響不大，因?yàn)樵诓捎弥袛喾绞巾憫?yīng)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，檢測(cè)到第一個(gè)脈沖下降沿就會(huì)關(guān)閉中斷，不再響應(yīng)后續(xù)進(jìn)入的信號(hào)。但對(duì)連續(xù)測(cè)距來(lái)說(shuō)，必須設(shè)置兩次測(cè)距動(dòng)作之間的時(shí)間間隔，等前一次發(fā)射的超聲波基本衰減消失后，再啟動(dòng)下一次測(cè)距。6.26.2 超聲波傳感器的盲區(qū)超聲波傳感器的盲區(qū)分立式超聲波傳感器盲區(qū)主要是由信號(hào)串?dāng)_引起，發(fā)射信號(hào)未經(jīng)反射就被接收探頭感應(yīng)到。超聲波發(fā)射后，立即引起了接收探頭誤動(dòng)作，如果此時(shí)計(jì)算從發(fā)射到

41、接收的時(shí)間將得到錯(cuò)誤值。在設(shè)計(jì)中可以給串?dāng)_信號(hào)加上加窗信號(hào)，加窗信號(hào)就是盲區(qū)信號(hào)。盲區(qū)信號(hào)可以采用軟件延時(shí)開中斷的方法，在發(fā)射后延時(shí)一段時(shí)間，避開串?dāng)_信號(hào)后再開中斷。6.36.3 可測(cè)障礙物的極限參數(shù)可測(cè)障礙物的極限參數(shù)根據(jù)波的衍射傳播原理，當(dāng)障礙物的距離小于波長(zhǎng)的一半時(shí)，發(fā)射波將會(huì)繞射，當(dāng)障礙物距離大于波長(zhǎng)的一半時(shí)才能反射。設(shè)計(jì)采用的超聲波傳感器的發(fā)射頻率為 39，響應(yīng)半波長(zhǎng)為 4.25mm，因此最小側(cè)到KHz4.25mm 的障礙物。實(shí)際測(cè)量結(jié)果能得到的有效障礙物距離為 9cm。6.46.4 測(cè)量距離與信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系測(cè)量距離與信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系將超聲波接收器的信號(hào)引入示波器，測(cè)得接收到信號(hào)的強(qiáng)弱

42、與障礙物19 / 37距超聲波發(fā)射接收器的距離成反比。另外還與超聲波發(fā)射接收頭之間相對(duì)角度有關(guān)。當(dāng)超聲波發(fā)射器與接收器互成 120角時(shí)，接收的效果最好。由于發(fā)射功率不大，當(dāng)距離超聲波 1m 時(shí)，接收到的信號(hào)極其微弱，雜波成分很大。結(jié)結(jié) 論論本文主要講述了超聲波測(cè)距儀的原理和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測(cè)距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。超聲波測(cè)距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)與顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分(

43、蜂鳴器電路可算作包含在接收電路中)。單片機(jī)采用STC89C52，采用 12高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測(cè)量誤差。MHz單片機(jī)控制超聲波發(fā)射與接收模塊進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射與接收。顯示電路采用74LS245 芯片結(jié)合三極管驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字顯示。實(shí)際測(cè)試證明，本超聲波測(cè)距儀的性能比較穩(wěn)定，硬件設(shè)計(jì)中充分考慮了回波信號(hào)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行了放大，濾波與檢波處理，調(diào)整了連續(xù)測(cè)距時(shí)相鄰兩次測(cè)距的時(shí)間間隔，極大程度上減少了誤動(dòng)作。軟件設(shè)計(jì)中采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。超聲波測(cè)距儀還可以做如下改進(jìn)：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不高，被測(cè)物體表面移動(dòng)速度很小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤測(cè)量；移動(dòng)速度

44、過(guò)大，波動(dòng)較大時(shí)，誤差變大?？梢匝芯扛鼮楹侠淼牟▽?dǎo)管和輔助測(cè)量手段。提高超聲波發(fā)射探頭的固有頻率。如果超聲波的固有頻率為 40kHz，并假設(shè)接收信號(hào)觸發(fā)閥值建立時(shí)間滯后兩個(gè)周期，如果將超聲波的固有頻率提高至200kHz,則測(cè)試誤差將縮小 5 倍。增加抗干擾措施。由于超聲波測(cè)距儀測(cè)量的距離比較小，故采用 TCT40-16T/R 超聲波傳感器作為發(fā)射和接收裝置，雖然也存在一定得自身干擾，但是比發(fā)射與接收采用一只壓電瓷超聲波傳感器自身干擾要小些。另外加上環(huán)境溫度、氣流等的影響，使超聲波測(cè)距系統(tǒng)受到干擾尤為嚴(yán)重。系統(tǒng)抗干擾措施必須從硬件和軟件兩個(gè)方面著手。為了抑制外部干擾，接收裝置可以采用過(guò)零檢測(cè)裝置

45、，保證接收到得超聲20 / 37波為物體反射回來(lái)的超聲波，從而有效地抑制超聲波發(fā)射電路的輻射干擾。但要注意接收電路中的諧振回路帶寬不能太窄，以免降低了電路的穩(wěn)定性。電路元件要選用低噪聲器件，采取合理的電路布局，良好的 PCB 布線，并注意進(jìn)行屏蔽。 軟件方面采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，利用算法平均值濾波和相關(guān)濾波以抑制帶寬的隨機(jī)噪聲，以與在測(cè)量時(shí)間近似呈現(xiàn)周期性的干擾并進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這些處理，可以有效的減少干擾。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 盛春明.超聲波測(cè)距儀J.制作天地，2010,(5):31-422 郁正.單片機(jī)原理與應(yīng)用M ：大學(xué)3 胡宴如，狄燕.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M高等教育 2009(8)4 王愛(ài)珍.

46、基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)N.師學(xué)院校報(bào)，2010.045 琛，耿標(biāo).超聲波測(cè)距的原理與設(shè)計(jì)J.科技傳播，2010,(13):217-2226 廣濤，程萌杭.基于超聲波傳感器的測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2006,(1):129-1317 郭麗穎.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距電路的設(shè)計(jì)J.自動(dòng)化系統(tǒng)與應(yīng)用,2010,(6):100-1028 億希，肖博，宇.超聲波測(cè)距裝置的研制簡(jiǎn)介N.學(xué)院學(xué)報(bào),2010.069 波，王朋亮.基于 STC89C51 單片機(jī)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.機(jī)床與液壓,2010,(18):56-5810 王紅云，志敏，王竹林，史連艷.超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.儀表技術(shù).

47、2010,(11):47-4911 瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)M.：高等教育，200612 志忠.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.：高等教育，200413 王俊峰，孟令啟.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)M.：機(jī)械工業(yè)，200914 阮一輝.基于超聲波定位技術(shù)的障礙物探測(cè)D.：大學(xué)，200715 恒清，靖.加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法N.師學(xué)院校報(bào)，2004.1016 煒，龔壁建，笑.超聲波測(cè)距誤差分析J.傳感器技術(shù)，2004，(6)：8-1121 / 37致致 本論文是在盛佳南老師的指導(dǎo)下完成的，感老師對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)，從選題到寫開題報(bào)告，從原理設(shè)計(jì)到動(dòng)手制板，從燒錄程序到最后調(diào)試，老師都給予了莫大的幫助，不得不說(shuō)是老師提供

48、的各項(xiàng)幫助，讓我得以順利的完成這篇論文。在此向盛老師致以崇高的敬意。還要感電子愛(ài)好者協(xié)會(huì)的同學(xué)給我的耐心指導(dǎo)和良好建議，也是他們讓我在實(shí)際操作中學(xué)到很多東西。最后，我想感我的家人，正是他們某種程度上的縱容，成就了一個(gè)喜歡自己動(dòng)手的我，這也是我完成這個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。作者簡(jiǎn)介姓 名：杜康 性別：男出生年月：1988-11 民族：漢E-mail: loveohp .22 / 37聲聲 明明本論文的工作是 2012 年 2 月至 2012 年 6 月在信息工程學(xué)院光電技術(shù)學(xué)院完成的。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書

49、而使用過(guò)的材料。關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說(shuō)明：本人完全了解信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：(1)學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。(2)學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。(3)學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈(zèng)送和交換學(xué)位論文。(4)學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱。(5)學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分容(學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定)。除非另有科研合同和其他法律文書的制約，本論文的科研成果屬于信息工程學(xué)院。特此聲明！作者簽名：年月日23 / 37附附 錄錄超聲波測(cè)距源程序：;*;*超聲波測(cè)距器 *;*采用 AT89C52 12MHz

50、 晶振 *;*采用共陽(yáng) LED 顯示器 2008.10.3 *;*;測(cè)距圍 10cm-5.5m，堆棧在 4FH 以上，20H 用于標(biāo)志;顯示緩沖單元在 40H43H,使用存 44H、45H、46H 用于計(jì)算距離; VOUT EQU P1.0 ;脈沖輸出端口;*;*中斷入口程序 *;*;ORG 0000H LJMP STARTORG 0003H LJMP PINT0ORG 000BH LJMP INTT0ORG 0013H RETIORG 001BH LJMP INTT1ORG 0023H RETIORG 002BH RETI24 / 37;*;* 主程序 *;*;START: MOV SP,#

51、4FH MOV R0,#40H ;4043H 為顯示數(shù)據(jù)存放單元(40 為最高位) MOV R7,#0BHCLEARDISP: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7, CLEARDISP MOV 20H, #00H MOV TMOD, #21H ;T1 為 8 位自動(dòng)重裝模式，T0 為 16 位定時(shí)器 MOV TH0, #00H ;65ms 初值 MOV TL0, #00H MOV TH1, #0F2H ; 40kHz 初值 MOV TL1, #0F2H MOV P0, #0FFH MOV P1, #0FFH MOV P2, #0FFH MOV P3, #0FFH MOV R

52、4, #08H ;超聲波脈沖個(gè)數(shù)控制(為賦值的一半) SETB PX0 SETB ET0 SETB EA SETB TR0 ;開啟測(cè)距定時(shí)器start1: LCALL DISPLAY JNB 00H, START1 ;收到反射信號(hào)時(shí)標(biāo)志位為 1 CLR EA LCALL WORK ;計(jì)算距離子程序 SETB EA25 / 37 CLR 00H SETB TR0 ;重新開啟測(cè)距定時(shí)器 MOV R2, #64H ;測(cè)量間隔控制(約 4*100=400ms)LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2, LOOP SJMP Start1;*;* 中斷程序 *;*;T0 中斷，65ms 中斷

53、一次INTT0: CLR EA CLR TR0 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H SETB ET1 SETB EA SETB TR0 ;啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 T0，用以計(jì)算超聲波來(lái)回時(shí)間 SETB TR1 ;開啟發(fā)超聲波用定時(shí)器 T1 OUT: RETI;T1 中斷，發(fā)超聲波用INTT1: CPL P1.0 DJNZ R4,RETIOUT CLR TR1 ;超聲波發(fā)送完畢，關(guān) T1 CLR ET1 MOV R4,#04H SETB EX0 ;開啟接收回波中斷RETIOUT: NOPNOP26 / 37NOPNOPNOPNOPNOPRETI;外中斷 0，收到回波時(shí)進(jìn)入PINT0: C

54、LR TR0 ;關(guān)計(jì)數(shù)器 CLR TR1 CLR ET1 CLR EA CLR EX0 MOV 44H, TL0 ;將計(jì)數(shù)值移入處理單元 MOV 45H, TH0 SETB 00H CLRP1.1 ;接收成功標(biāo)志 RETI;*;* 顯示程序 *;*;40H 為最高位，43H 為最低位，先掃描高位DISPLAY: MOV R1, #40H;GMOV R5,#07FH;GPLAY: MOV A, R5MOV P0, #0FFHMOV P2, AMOV A, R1MOV DPTR, #TAB MOVC A, A+DPTR MOV P0, A LCALL DL1MS INC R127 / 37 MOV A, R5 JNB ACC.4, ENDOUT;G RRA MOV R5, A AJMP PLAY ENDOUT: MOV P2, #0FFHMOV P0, #0FFHSETB P1.1 RET;TAB: DB 003H,09FH,025H,00DH,099H,049H,041H,01FH,