基于AT89C52的超聲波測距儀的設(shè)計方案

　　在顯示模塊選擇時有兩種，一種是用液晶顯示屏，其具有輕薄短小，分辨率高，可顯示漢字等各種符號的優(yōu)點。但一般需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大；一種則是選用數(shù)碼管，數(shù)碼管具有低電耗、壽命長、易于維護的特點，同時精度比較高，稱量快，精確可靠，編程容易，操作簡單。缺點是不能實現(xiàn)漢字及多數(shù)據(jù)多行顯示。綜合考慮本次設(shè)計中選擇了3位數(shù)碼管顯示。用PNP型三極管驅(qū)動數(shù)碼管，并連接到單片機AT89C52的P0口上作位選。雖然顯示上沒有液晶顯示屏那么完全，但是也能夠完整直觀地顯示出需要的結(jié)果。圖5為超聲波測距硬件設(shè)計的顯示電路。

圖5 超聲波測距顯示電路

　　2.4 溫度補償電路設(shè)計

　　本系統(tǒng)中，選擇使用溫度芯片DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20支持"一線總線"接口，測量溫度范圍為-55~125℃，在-10~85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。現(xiàn)場溫度直接以"一線總線"的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20引腳說明如表2所示。

表2 DS18B20引腳說明

　　DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。

　　溫度補償電路的設(shè)計如圖6所示，數(shù)據(jù)輸入/輸出腳連接到單片機的P0.1腳，電源接口接入+5 V的電壓，外加5.6 kΩ的上拉電阻，因為DS18B20是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路，如果DS18B20沒接電源，則需要數(shù)據(jù)線強上拉，給DS18B20供電；如果DS18B20接有電源，則需要一個上拉即可穩(wěn)定的工作。由于DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，檢測的溫度值在內(nèi)部進行轉(zhuǎn)換，溫度測量結(jié)果直接以數(shù)字信號輸出，單片機對由DS18B20輸出的信號進行讀取，經(jīng)過軟件對溫度數(shù)字值實現(xiàn)處理。

圖6 溫度補償電路

　　2.5 主電路原理圖

　　該系統(tǒng)主電路原理圖如圖7所示，單片機采用89C52系列，單片機使用外部時鐘源，外接6MHZ的晶振，由P0.0口直接輸出40 KHZ的驅(qū)動信號給放大電路。接收到回波后，經(jīng)由CX20106的濾波，產(chǎn)生中斷信號，并由p3.2口輸出進行中斷。顯示電路采用簡單實用的3位數(shù)碼管，連接單片機AT89C52的P0口，而三極管連接P2口，作數(shù)碼管的位選。工作時，首先將系統(tǒng)初始化，啟動計時器。并由P0.0腳發(fā)出40KHZ的驅(qū)動信號，同時打開INT0中斷，并且開始等待接收到的回波和中斷信號，若接收到回波（單片機接收到中斷信號），計時器停止計時，保存時間信息，并且根據(jù)溫度補償計算出當(dāng)前環(huán)境下的聲速，計算出當(dāng)前待測距離后儲存，并調(diào)用顯示子程序。測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式傳送到LED顯示，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。

圖7 超聲波測距主電路圖

　　3 結(jié)論

　　經(jīng)過實測，本測距儀能夠迅速的測出250 m以內(nèi)的短距離障礙物，在30-200 cm范圍內(nèi)，誤差能控制在1 cm以內(nèi)，本設(shè)計具有簡單實用，能耗低，成本低等特點。經(jīng)過實際測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的精度能滿足普通需求，若需要進一步提高精度，可采用精度更高但系統(tǒng)更加復(fù)雜的雙頻超聲波測距的方法。

參考文獻:

[1].DS18B20datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/DS18B20_819975.html.
[2].AT89C52datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/AT89C52_1064535.html.
[3].CX20106Adatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/CX20106A_html.
[4].CX20106datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/CX20106_1135440.html.
[5].BCDdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/BCD_1225719.html.