高精度超聲波測量距離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)字式溫度傳感器和模擬溫度傳感器最大的區(qū)別是：將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后通過串行通信的方式輸出。因此掌握DS18B20的通信協(xié)議是使用該器件的關(guān)鍵。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖時(shí)隙；寫“0”、讀“1”時(shí)隙，讀“0”、讀“1”時(shí)隙。初始化后，傳感器輸出兩個(gè)字節(jié)的溫度，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到實(shí)際溫度的值，利用式（2）可計(jì)算補(bǔ)償聲速。

液晶顯示電路

　　字符點(diǎn)陣系列模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。它提供5×7點(diǎn)陣+光標(biāo)和5×10點(diǎn)陣+光標(biāo)的顯示模式。提供顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DDRAM、字符發(fā)生器CGROM和字符發(fā)生器CGRAM，可以使用CGRAM來存儲(chǔ)自己定義的最多8個(gè)5×8點(diǎn)陣的圖形字符的字模數(shù)據(jù)。它提供了豐富的指令設(shè)置：清顯示，光標(biāo)回原點(diǎn)，顯示開/關(guān)，光標(biāo)開/關(guān)，顯示字符閃爍，光標(biāo)移位，顯示移位等。提供內(nèi)部上電自動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)外加電源電壓超過+4.5V時(shí)，自動(dòng)對模塊進(jìn)行初始化操作，將模塊設(shè)置為默認(rèn)的顯示工作狀態(tài)。OCM2X16顯示兩行字符，每行可以顯示16個(gè)字符。本設(shè)計(jì)采用OCM2X16，顯示兩行字符，一行顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度，一行顯示所測距離。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件包括主程序、溫度采集子程序、定時(shí)器計(jì)時(shí)子程序、計(jì)算子程序、液晶顯示子程序等。主程序包括初始化和各個(gè)子程序的調(diào)用，最后把測量結(jié)果用液晶顯示屏顯示出來（見圖4）。

結(jié)論

　　本系統(tǒng)采用飛思卡爾單片機(jī)MC9S12DG128B做主控制器，可靠性好，抗干擾和電磁兼容性強(qiáng)，內(nèi)部資源較豐富，軟件的工作量大大降低，而且支持背景調(diào)試（BDM）方式，編程更加方便，靈活。

　　在本設(shè)計(jì)中，通過外部硬件電路來產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，因而相對于由單片機(jī)產(chǎn)生的40kHz超聲波信號(hào)而言，更加接近超聲波傳感器的共振頻率，因而使超聲波傳感器的輸出最大，可以有效地提高測量距離，測量距離在0.3m~4m內(nèi)。

　　本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)超聲波測距系統(tǒng)的溫度測量和補(bǔ)償，對聲速進(jìn)行補(bǔ)償，對引起測量誤差的因素進(jìn)行修正處理，提高了系統(tǒng)的測量精度及靈敏度，使探測精度不超過1cm，從而達(dá)到了很好的效果。