【毕业学位论文】（Word原稿）超声波测距系统设计-电气工程及其自动化

1 毕业设计 （论文） 题目 学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 评阅教师 完成日期 年 月 日 2 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密 ，在 _年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目 录 摘要： . 1 . 1 前言 . 2 1 超声波测距系 统概论 . 3 . 3 . 4 . 4 . 5 . 7 . 7 . 7 . 8 . 8 2 超声波测距系统综述 . 9 . 9 . 9 . 12 . 12 . 13 . 14 . 14 . 15 . 15 . 16 . 17 . 17 . 17 要部分程序流程图 . 18 . 19 . 19 . 22 4 . 27 . 27 . 28 . 28 课题总结 . 29 致 谢 . 30 参考文献 . 31 附录 ： . 33 1 基于单片机控制的超声测距系统设计 学 生：闫腾飞 指导教师：万钧力 （三峡大学 电气信息学院） 摘要： 超声波测距技术是一种原理简单、易于实现的非接触测量技术，被广泛地应用于工业、医疗、军事及日常生活等诸多领域。如避障机器人，倒车预警系统中都有很好的应用。本文主要研究开发了一种基于单片机微处理器的超声波测距系统。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待 测距离。本文阐述了系统研制的理论基础，介绍了具体的软硬件设计以及相关的实验情况。在介绍了单片机的性能和特点的基础上，分析了超声波测距的发展及基本原理，介绍了传感器的原理及特性，由此提出了系统的总体结构。针对测距系统发射、接收、检测、显示部分的总体设计方案进行了论证，对测距系统的一些主要参数进行了讨论，并给出了硬件原理图和软件框图。 关键词： 单片机 ； 超声波 ； 测距 ； 移动避障系统 is a in as as of of is on a of in as a to be of of as as On of of of it of of of it of an of of s as as s 2 前言 近年来，机器人的研究与发展倍受世人关注。机器人系统广泛融合了机器人学、机电、一体化、通讯与计算机技术、图像处理、传感器数据融合、决策与对策、模糊神经网络与 智能控制等诸多学科内容，是研究多智能系统理论的良好实验平台。从某种程度上说，机 器人技术是反映国家高科技综合实力的一场“技术战争”。 在简单的自主行走机器人系统中 , 机器人要 实现在未知和不确定环境下行走 , 必需 实时采集环境信息 , 以实现避障和导航。这些任务必须依靠能实时感知环境信息的传感器 系统来完成。视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到应用。其中超声 波传感器以其信息处理简单、速度快、性价比高和硬件实现方便等优势 , 被广泛地应用到 行走机器人感知系统中。 人类为了从外界环境中获取有用信息，必须借助于自身的感觉器官。但是，人的感觉 器官并不是万能的。与其它动物一样，为了把生命维持下去，人类只是有选择地捕捉一些 重要信息。为了进一步研究自然现象、制造劳 动工具，改善生存环境，只靠这些感觉器官 就显得很不够用了。于是，作为一种替代和延伸工具，采用了能代替或者补充感觉器官功 能的各种传感器，传感器是人类五官的延长，所以也被称作“电五官”。 现代计算机的产生和发展，给人类文明带来了巨大的影响。特别是大规模和超大规模 集成电路出现之后，计算机的核心部件有了惊人的发展，同时也要求外部设备与之相配合。 计算机输入的外部硬件主要就是传感器，传感器的发展将使计算机的功能得到充分的利 用，同时也将促进计算机的进一步发展，传感器发展不足会极大地限制计算机功能的发挥， 就如同 一个人具有发达的大脑而欠灵活的五官一样。有人说，计算机与传感器的协调发展， 才能决定技术的将来，这句话是有一定道理的。 随着我国经济社会的快速发展，人民生活水平的提高，汽车在家庭生活中也越来越多，而汽车的数量的大幅增加，造成道路拥堵，交通事故频发，给人们的生命和财产带来了巨大的损失。安全驾驶成为公众关注的焦点，而保持一定的车距为必要安全措施之一。目前，测量车距的方法有超声波、雷达、摄像、激光等测距。而在这四种方法中，超声波测距由于不受光线、电磁波、被测物的颜色等因素的影响，加之信息处理简单、成本低、速度快、使用方便等优点，所以被广泛应用。 以上所述只是超声波测距在日常生活中的一个小的应用，而事实上，超声波广泛于非接触式测量。超声波是声波的一种，声波是物体机械振动状态的传播形式。所谓振动是指 3 物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振动频率大于 20在自然环境是无法听到和感受到的超声波的。超声波的特点有 :传播时，方向性强，能量易于集中 ;能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离 ;超声与传声媒质的相 互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息 ;具有频率高、波长短、绕射现象小、能够成为射线而定向传播、在检测目标是非接触式检测等。 由于超声波有以上优点，所以被广泛应用在工业定位监测、无损伤探测、医疗诊断、移动机器人、海洋捕捞、煤炭检测等领域。因此，人们对超声波的研究也越来越深入。超声波测距也是在这样的大背景下发展起来。 超声波测距是利用超声波的波长短，指向性强，能量集中，在介质中传播距离较远的特点来实现对距离的测量。特别是频率在 40此常用此频率的超声波来检验介质的检测距 离。超声波测距在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。特别是在易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等工作环境的恶劣的情况下，超声波测距有巨大的用武之地，因此在市场上有多种多样超声波测距仪器。可以说，随着经济的不断发展，超声波测距仪器的应用将越来越广泛。 本文将简单介绍 学习使用单片机的控制功能和用超声波传感器实现测量距离，并且掌握使用 行电路设计和制图的方法步骤，能将设计出的电路原理图下载到 仿真。理解 超声波传感器的超声波发生机制及发射、接受，放大装置和以单片机现超声波发射及其遇到障碍物发生反射形成回波信号，并根据超声波在介质中的 传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，以完成设 计目标，熟悉单片机软件编程及调试环境软件。 1 超声波测距系统概论 本章就超声波测距课题提出及意义 ,超声波技术国内外发展现状及超声波 测 距在 生活中的应用作简要的介绍。 题提出及研究意义 随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被 广泛应用于多个领 4 域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、 测、雷达测距、激光测距等。其中， 测具有使用方便、无需信号发射源、同时获得大量的场景信息等特点，但视觉测距需要额外的计算开销 1 。雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点 2 ，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但其成本高、数据处理复杂 3 。 与前几种测距方式相比，超声波具有束射和反射特性，基本上可以沿直线传 播，其能量远远大于相同振幅的低频声波，非接触式超声测距传感器正是利用超声波的这种特性而制成的。在空气介质中，超声波测距传感器的性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响，而且价格低廉、使用方便。因此，在物位测量、车辆安全行驶辅助系统、机器人自动导航、无人作战平台、地形地貌探测乃至江河水位高度监测等许多领域，超声波测距传感器都得到 了广泛的应用 4。 此外，由于超声波在水下传播的距离比光和电磁波要远得多，故在水下的目标探测、识别、定位、通讯和导航以及海洋石油开发中，也广泛应用超声波作为信息载体。为此 ，深入研究超声波的产生与传播规律、开发高性能超声波换能器、探讨新的超声波信号处理方法，对于推动超声波换能器技术与超声波检测技术的发展，都具有十分 重要的现实意义 5。 目前，超声波测距已普遍应用在液位测量、移动 机器人定位和避障等领域，应用前景广阔。 内外 相关 研究发展及现状 外超声波 技术 发展及现状 1883年， 是人类首次有效产生的高频声。在 声波仍然鲜为人知。当时电子技术发展 缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响 6。 1917年，法国人 用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信联络。在这之后对超声的研究主要体现在电子领域 7。 1925年， 且频率扩展到兆赫级。至此 ;别发现了超声波的衍射光栅，用超声波来研究液体和气体的声学特性方法得到稳定发展。 1927 年 决了超声汽笛的许多细节 问题，这些汽笛被证明在流体中最高功率可达 50W。 1950年以后，雷达技术的发展大大促进了超声波探伤技术发展 ;电子计算机、激光技术等新技术的发展又加速了超声波技术的发展。脉冲调制的超声波广泛地应用于无损探测、医疗诊断及各种工业控制中。 1965年，新材料和新技术以及微波传播理论得到深入研究，产生了频率超过 5 100些超高频的超声波开始应用于物理学基础研究、通信和计算机技术等领域中。 1980 年，美国国家仪器有限公司 (发了各种软件技术来进行测试测量。 1992 年 出一种新的超声回波计时方法，该方法利用峰值和相位相 加得到回波时延 8。这种方法所能达到的精度指标为 :18 一 34 米，误差精度 2%。 1997 年证明了它的可行性 9。 2003 年， 大距离的超声波测距进行研究，对超声测距范围进行了详细讨论 10。 2007 年， 用编码信号对高精度超声波测距系统进行了研究，提出了实现高分辨率的方法。 2008年，美国 距仪公司推出 了一系列的超声波测高仪，这些测高仪体积小、便于携带，能够满足不同的测高要求。 近几年，电子技术及压电陶瓷材料的发展使超声检测技术得到迅速发展。美国普力塞思公司研制了 声波测距仪，实现了高速精确的长宽高测量及面积测量。加拿大柏威腾超声波设备厂研制了各种超声波测量及工业应用设备。在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量等方面，新的超声检测仪不断出现，应用领域不断扩大。 内超声波技术发展及现状 国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国内的一些学者也作了相关的研究。 中国测试技术研 究所李茂山在超声波测距原理及实践技术 11中详细地阐述了超声波的测距原理，并给出了实现超声波测距的具体框图，并讨论了影响超声波测距精度的几种原因。在本文中，他并未提及超声波测距所需的一些具体电路，只是给出了测距一般所需的电路名称，没有提及各种电路间的匹配。在此文中，作者分析，利用超声波测距是立足于声速在既定的均匀媒介中传播速度有一恒定数值，不随声波频率变化的特点，超声波测距的关键是把声源由反射到返回的传播时间计量出来，若要求测距误差小于 ，那么测量时间的误差必须小于 30微秒。因此，实现声波测距 须避开直接测量时间的方法，才一能获得实用的测量精度。 1998年，曼内斯德马泰克 (秦皇岛 )有限公司推出了一种数字式超声波位 移测量仪，李忠杰在数字式超声波位移测量仪的研究 12一文中介绍了这种数字式超声波位移测量仪的结构，工作原理和功能，其数据处理借助于单片机，给出了程序框图，对仪表的各部分硬件电路做了较详细的说明，并列出了部分仪表的实钡叮数据，并分析了误差产生的原因。在此文中，给出了超声波测距仪在对液压缸位移进行测量时与其它位移传感器的优势所在，并给出了单片机的程序框图。 6 中国科学院上海声学实验室的王 润田在双频超声波测距 13一文中提出了一种双频超声波测距的原理和方法，由于空气对超声的吸收与超声波的频率的平方成正比，因此，用来测距的超声波的频率不能很高，但另一方面频率越低，波长越长，测长的绝对误差就越大，因此测距的范围加大与测量精度实际上是一对矛盾。王润田提出，为了在一个较长的范围内达到测距的精度，在测距时同时发射两个频率的超声波，频率较大的测较近的距离，频率较小的测较长的距离，这样在较大的范围内实现较高的测距精度。 厦门大学海洋系的童峰在一种高精度超声波测距处理方法 14一文中，提出在超声测距系统中，测距误差也即声脉冲传输时间 际上是对测距脉冲回波前沿的检测误差，作者根据声波的发射，反射及传输理论推出并用实验验证了测距回波包络曲线的近似方程，据此提出了一种高精度超声波测距信号处理方法，并由理论分析与实验结果，提出了一种基于归一化包络曲线的抗起伏信号处理方法，其步骤为 : A:用一定的检测方法计算出方程中和起伏参数 ; B:根据包络方程推算出回波的理想前沿 ; C:得到准确的声波传播时间 ; D:乘声速除以 2即得距离 ; 并且给出了系统硬件的框图及软件部分的具体功能。实验结果显示，在 的范围内，系统最大测距误差为 并具有较高的稳定性。 南昌航空工业学院的江泽涛在温度对液体中超声波速度的影响 15一文中，详细地分析了温度对超声波在液体中传播速度的影响，导出了超声波速度，液体压缩系数及密度的关系，研究了压缩系数及密度同温度的关系，进而研究了温度对声速的影响，用实验测量了不同的液体成分下的声速同温度的关系。 郑丰隆在提高超声波测距分辨力的一种单片机测量电路 16一文中分析了单片机的内部误差及其分辨力，为了提高测量精度，作者从硬件的角度设计了一种外围电路，提高了计数 参考频率，从而提高了仪器系统的测量精度。 对于测控系统来说，一个测量精度高、抗干扰能力强的传感器是必要的，超声传感器对于超声波测距系统来说是非常关键的，陕西师范大学的董胜林，董晓宁研制了一种圆板膜弯曲振动模式的气介式超声波传感器。 单片机在超声波测距系统中也有很重要的作用，东北电力学院的韩保亮，孙伟对这方面进行了有益的探索。在单片机在超声波测距系统中的应用 17一文中，细述了测量原 7 理以及以单片机为核心的硬件组成部分。在文章末还对不同反射面被测物对超声测距的影响进行了分析，并给出了光滑硬表面和泡沫塑料表 面物体的实测数据，分析了造成盲区的原因。误差的处理的合理性对于测距系 统精度的提高来说是非常重要的，山东矿业学院济南分院的曹茂永，张逸 芳在泥浆中超声测距误差分析及修正 18一文 中分析了超声波测距在泥浆中产生的三种误差即 :固定探头误差，声速误差以及随机误差，并对这几种误差进行了修正。实践证明，这几种误差修正的方法有效地提高了测量系统的准确度。 声波技术的广泛应用 超声波测距凭借其原理简单、易于实现以及成本低等优点，在液位测量、移动机器人定位和避障、汽车防撞和曲而仿形检测等领域得到了 广 泛的应 用。 位测量 接触式液位测量存在易渗漏、易腐蚀、不便于检修和维护等问题，利用超声波测距可以实现液位的非接触式测 量，解 决上述问题。与其他测位方法相比，超声波液位测量具有结构简单、非接触、安装和维护方便、性能稳定可靠等优势。 雷建龙等 19基于超声波测距原理，设计了一种便携式液位测量仪。该仪器体积小，便于测量，系统成本低，并且能对速度进行温度补偿，保证了检测精度。但其测量范 围小，测量精度低。陈平等 20则将超声波测距技术与测试算法相结合，设计了一种群罐液位 监 控仪器。该仪器可靠性高，利用单 片机内部集成的温度传感器进行了有效的温度补偿和校正，提高了系统的测量精度。 动机器人定位和避障 移动机器人需要装备多种传感器来获取环境信息以确定自身的位置 (定位 )和绕开障碍物 (避障 )，其 中 比较常用的传感系统是视觉系统和超声波测距系统。超声波传感器已经被 广 泛用作测距传感器，并应用于机器人的定位和避 障 。 田志宏等 21基于超声波测距原理，设计了一种能够智能避障的电动轮椅车，通过安装多组传感器来检测障碍物， 达到避障的目的。王洪青等 22设计了一种适用于移动机器人的并行超声波测距系统。其采用多传感器 并行上作的方式，提高了测距的实时性，有效屏蔽了系统干扰，满足移动机器人避障的要求。 8 车防撞 随着汽车拥有量的增民，汽车的安全和使用便捷性能受到了空前的关注。由于存在视觉盲 区 ，人们在倒车时无法看清楚车子后而的障碍物，很容易刮伤汽车或发生事故。通过在车身前后安装超声测距传感器可以有效测量车身距障碍物间距离，解除了 驾 驶员泊车、倒车和起动车辆时前后 左 右探视所引起的困扰，并帮助 驾 驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高 驾 驶的安全性。 彭翠云等 23以 051 片机为控制器，设计 了一种用于汽车倒车系统的超声波测距模块。该模块向决策系统实时提供汽车与障碍物的间距，以利于汽车避障，同时可以保证较高的测距精度和较宽的测距范围。仇成群等 24结合超声波测距技术，设计了一种汽车测距防撞报警系统。该系统能够自动检测汽车与障碍物间的距离，并能够实现 具有电路简单、操作便捷、工 作稳定等优点。 面仿形检测 大多数曲而外形尺寸很难通过传统测量方式获得，而超声波测距可以通过采用多传感器多角度测距，确定其外形特征，以实现对曲而的检测。 赵海鸣等 25在分析各种水下地形测量方法及 其特点的基础上，提出了一种应用超声波测距方法进行水下微地形高程数据测量的方法。该方法利用勺 _相关运算可以在信 比很小的情况下准确定位回波到达时间，从而在复杂环境下实现超声波测距。经试验验证，该方法的测量误差在 1 c 测重构得到的微地形图能真实地反映被测地形特征。 吴弯等 26设计了一种超声波车载上石方计量系统，用于测量上石方的体积。该系统采用超声波传感器阵列的形式，利用多个传感器顺序测量出每个超声波传感器到上石方表而的距离，然后通过距离到体积的变换，得出上石方的体积。该系统成本低、硬件容易实 现，但由于传感器测量范围有限，系统检测精度仍有待提高。 汪恩军等 27设计了一种基于超声波传感器的车辙检测系统，通过在检测车上布置多个超声传感器来获取路而车辙原始信息。此外，该系统针对超声传感器的输出波形，设计了按周期精确采样的方法，从而降低干扰，提高了系统检测检测精度。 张富贵等 28在分析果树外形检测机理的基础上，提出了基于超声波测距的果树外形检测方法。该方法通过多个传感器测距，实现对果树外形的检测。但由于传感器数目有限，所得果树外形轮廓曲线与实际的果树外形轮廓曲线误差较大。 9 2 超声波测距系统综述 这一章首先从超声波的类型、基本性质和在介质中的传播特性三个方面对超声波做了介绍，随后又对超声波传感器的原理、结构、种类及特性做了介绍，为本论文后面章节的系统设计提供理论基础。尤其是超声波传感器是超声波测距系统的重要部件，用于超声波的发射和接收，所以超声传感器的工作原理也是整个测距系统设计的关键， 测距中使用的单片机及一些测距中的重要参数， 这些将是本章讨论的重点。 声波简介 声波是一种传递信息的媒体，它与机械振动密切相关，可以由物体的撞击、运动所产生的机械振动以波的形式向外传播。根据振 动所产生波的频率高低分为可闻声波、次声波和超声波，高于 20声波称为超声波。 波长这样短的超声波具有类似光线的一些物理性质 29: (1)超声波的传播类似于光线，遵循几何光学的规律，具有反射、折射现象，也能聚焦，因此可以利用这些性质进行测量、定位、探伤和加工处理等。在传播中，超声波的速度与声波相同 ; (2)超声波的波长很短，与发射器、接收器的几何尺寸相当，由发射器发射出来的超声波不向四面八方发散，而成为方向性很强的波束，波长愈短方向性愈强，因此超声用于探伤、水下探测，有很高的 分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物体 ; (3)能够产生窄的脉冲，为了提高探测精度和分辨率，要求探测信号的脉冲极窄，但是一般脉冲宽度是波长的几倍 (如要产生更窄的脉冲在技术上是有困难的 )，超声波波长短，因此可以作为窄脉冲的信号发生器 ; (4)功率大，超声波能够产生并传递强大的能量。声波作用于物体时，物体的分子也要随着运动，其振动频率和作用的声波频率一样，频率越高，分子运动速度越快，物体获得的能量正比于分子运动速度的平方。超声频率高，故可以给出大的功率。 声波在真空中不能进行传播，必须通 过气体、液体、固体或者三者的组合体作为介质才能传播。通常情况下，声波在空气中的传播速度约为 344m/s 。 声波测距原理 10 超声测距原理很简单，一般采用渡越时间法 30: 图 2超声波测距原理如图 2中被测距离为 H，两探头中心距离的一半用 M 表示，超声波单程所走过的距离用 图中关系可得 : H=L (2 = H) (2将 (2代入 (2可得 : H=L ) (2 在整个传播过程中，超声波所走过的距离为 : 2L=v t (2式中 为超声波从发射到接收的时间。 将 (2代入 (2式可得 : H=1/2 / H) (2 式中，超声波的传播速度 v 在一定温度下是一常数。如 :在温度 T=0时， v=s。当被测距离 时， / H) 1，于是 (2 式变为 : H=1/2 (2 T R 超声波发射探头 障碍物 超声波接收探头 11 由此可见，要想测得距离 H，只要测得超声波的传播时间 声波传感器简介 本次设计中使用的超声波传感器模块是高级超声波测距仪 号是 如 2 图 2级超声波测距仪是通过测量发射超声波到接收超声波的时间，来确定与障碍物间的距离的。它是一种非接触 测距仪。 以下表格就是传感器模块实物图说明 ： 编号 描述 1 超声波接收探头 2 超声波发射探头 3 4线端口 黑线：接地 红线：电源（ 5v 8v） 黄线：信号线（ 棕线：信号线（ 4 产品型号 12 产品特点： 4线接口，兼容的 2线 为 用户 提供 300实践中无法达到要求，一般在 100 31。 片机简介 片机特点 基于增强的 构的低功耗 8 位 控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间， 数据吞吐率高达 1 而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 核具有丰富的指令集和 32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元 (相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 控制器最高至 10 倍的数据吞吐率。 如下特点 :16K 字节的系统内可编程 有同时读写的能力，即 512 字节 1K 字节 32 个通用 I/O 口线， 32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的 口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式 的灵活的定时器 / 计数器 (T/C),片内 /外中断，可编程串行 起始条件检测器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可选差分输入级可编程增益 (装 ) 的 具有片内振荡器的可编程 看门狗定时器 ，一个 行端口，以及六个可以通过 软件 进行选择的省电模式。 工作于空闲模式时 止工作，而 线接口、 A/D 转换器、 、 口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； 声抑制模式时终止 除了异步定时器与 外所有 I/O 模块的工作，以降低 换时的开关噪声； 式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使 得器件只消耗极少的电流，同时具有 快速启动 能力；扩展 式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。 13 图 2片机 本芯片是以 密度非易失性存储器技术生产的。片内 许程序存储器通过 行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于 核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将 应用程序 下载到应用储区 (在更新应用 储区时引导 (程序继续运行，实现了 作。 通过将 8 位 系统内可编程的 成在一个芯片内， 为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。 有一整套的编程与系统开发工具，包括： C 语言 、 编译器 、宏汇编、 程序调试器 / 软件仿真器、仿真器及评估板 32。 片机各接 口如图。 片机 极限参数 14 表2片机极限参数 统硬件设计 声波测距硬件电路总体 结构 设计 以下 3声波 硬件电路的总体设计图，总体分为三大部分： ， 它是一个超声波测距成品模块，其内部包括发射电路和接收电路，使用的时候，它可以自行测出障碍物的距离，我们只需要用单片机从它数据库中读取所测的数据就可以了； 是系统中的核心部件，实现从各个模块中读数据和写数据功能；1602负责向外部显示所测得的数据。 图 3参数 额定值 操作温度 +85C 工作电源 +个 的最大电流 15入 /输出数 32 存储器容量 16声波模块 1602示模块 片机 15 声波测距模块 发射电路 由超声波模块内部芯片 产生 40方波， 并通过单片机的 接到 后面的 对 40率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振 ，发射超声波 。 如图 3号走向图如 3 1 2U 3 6 93 4U 3 6 95 6U 3 6 99 8U 3 6 913 12U 3 6 911 10U 3 6 90 1 10 . 0图 3图 3声波测距模块接收电路 16 1 2 3 4 5 6 7 8C X 2 01 0 60 p+3 3 0 0 1 41 8 . 2图 3当超声波接收头收到发射信号时，便通过 行前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和比较、积分及施密特触发比较得到解调处理后的信号。 7脚为信号输出口，没收到信号时为高电平，收到后变为低电平，之后又恢复高电平。 在超声波 模块内部还有一个未处理芯片， 用来产生 40方波信号，以及接收检测回波信号，分析和处理数据，计算距离。由于没有相关芯片的介绍，在此没有列出电路图。 声波 测距 硬件电路图 图中单片机 A 口及 B 口的 1 到 3 口负责向 1602示器发送数据，实现显示功能。 C 口的 15、 16 号接口负责与超声波模块传递数据。 17 图 3声波测距