AT89S52单片机超声波测距仪设计+电路图+原理+流程图
由于声速受温度的影响，因此本设计中增加了温度补偿电路。温度补偿通常有两种方法。第一种方法是利用公式根据当时的温度得到当时的精确声速，从而计算得到的距离值也比较精确，但程序中牵涉到浮点数运算，对于微处理器系统实现，难度相对较大。第二种方法是根据当前的环境温度，查取特征温度值——声速表中接近温度对应的声速值，作为当前声速，然后再进行距离计算。其特点是：避免了复杂的声速计算，可采用事先计算得到的温度-声速二文表，将之固化到系统程序中，然后直接使用查表法得到声速值，程序实现比较简单，但精度没有第一种方法高。综合实际考虑，本设计选用第二种方法，采用DS18B20温度补偿电路，进一步提高测量精度。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，温度测量范围是- 55°C到+ 125°C，可编程为9位到12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625°C。
显示部分采用LCD显示器，液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点。第一行显示温度和此温度所对应的声速，温度单位为°C ，声速单位为m/s，第二行显示距离，单位为m。
本设计的系统总方框图如图 1-2 所示。在图 1-2 中，AT89S52单片机作为整个超声波测距的主控制器，由555振荡电路发出40KHz的信号，经放大滤波后通过超声波发射头输出，反射后的超声波经超声波接收头接收后作为系统的输入信号，再经放大器放大，滤波整形后启动单片机中断程序，便得出时间T，温度补偿电路用来实时测量周围环境的温度，补偿传播速度的变化对传播距离的影响，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LCD显示电路显示。
图 1-2 超声波测距系统的方框图
第2章 硬件电路的设计
2.1 超声波发射电路设计
超声波发射电路包括超声波产生电路、带通滤波器和超声波发射探头三个部分，本设计中超声波发射探头的型号选用T/R40-16。
2.1.1 超声波产生电路
超声波的产生可采用软件发生法和硬件发生法。软件发生法是利用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波，这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流为100mA以上的驱动电路。硬件发生法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无需驱动电路，但缺乏灵活性。本设计采用第二种方法产生超声波，即利用555振荡电路产生40KHz的超声波信号。
发射电路用来产生大幅度高频信号或很窄的尖脉冲去触发超声波探头，使其产生具有一定功率的超声振动电路。其主要功能是产生并发出一个单一频率的超声信号脉冲波。本设计利用555定时器产生精确定时和精确的振荡频率，提供超声波传感器所需振荡频率，进而减小由发射电路所带来的测量误差。在电路中增加了光耦电路，提高了系统的抗干扰能力，555振荡电路的电路图如图 2-1 所示。
图 2-1 555振荡电路
NE555芯片是一种模拟-数字混合电路芯片，经常用来构成定时电路或矩形波、方波产生电路。NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年里非常普遍被使用，且延优/文^论'文.网
http://www.youerw.com伸出许多的应用，尽管近年来CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位功能并没有变化。
NE555的特点有：
①只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
②它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
③其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
④它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
图2-1是一种用NE555产生矩形波的电路。
当直流电源接通后，电源通过R1 、R2对电容C1充电。当电容C1充电到电源电压的2/3 VCC时，电容开始经R2、管脚7对地放电。当电容C1放电到电源电压的1/3 VCC时，7脚内部断开，电源又开始对电容充电。如此重复上述过程，在3脚可输出矩形波。矩形波的频率可有充电时间常数和放电时间常数确定，占空比由充电电阻（R1+R2）与放电电阻（R2）的比值确定。C1在充电、放电过程中，其电压在1/3 VCC到2/3 VCC之间变化，一次输出高电平期间 可用下式表示（即充电周期）
T1 = -（R1+R2）C1 Ln = （R1+R2）C1 Ln2
0.693（R1+R2）U C1 (2-1)
输出低电平期间T2 （放电周期）为
T2 = 0.693 R2 C1 (2-2)
总的重复周期T是
T = T1 + T2= 0.693（R1+2R2）C1 (2-3)
重复频率为
f = 1/T = 1.443/（R1+2R2）C1 (2-4)
输出脉冲占空比为
D = T1/T =（R1+R2）/（R1+2R2） (2-5)
在本设计中需要产生40KHz的方波信号，即f = 40KHz。根据以上公式及结合实际考虑，本设计中选用R1为100Ω的电阻，R2为18KΩ的电阻，C1选用0.001μF的电容。
2.1.2 带通滤波器
滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。由于本设计中555振荡电路产生的信号中夹杂着不通频段的信号，因此必须使用带通滤波器滤除低频与高频信号，仅使40KHz左右的信号通过。
带通滤波器（band-pass filter）是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。一个理想的带通滤波器应该有平稳的通带（bandpass,允许通过的频带），同时限制所有通带外频率的波通过。但是实际上，没有真正意义的理想带通滤波器。真实的滤波器无法完全过滤掉所设计的通带之外的频率的波。事实上，在理想通带边界有一部分频率衰减的区域，不能完全过滤，这一曲线被称做滚降斜率(roll-off)。滚降斜率通常用dB度量来表示频率的衰减程度。一般情况下，滤波器的设计就是把这一衰减区域做的尽可能的窄，以便该滤波器能最大限度接近完优/文^论'文.网http://www.youerw.com 美通带的设计。 上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页
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