课程设计（论文）数据采集与数显的智能系统设计

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1、目录1. 引言12. 方案论证与比较22.1 超声波测距的原理22.1.1 超声波的基本理论22.1.2 超声波测距系统原理22.2 超声波发射电路42.3 超声波接收电路52.4 温度采集电路83. 硬件系统的设计93.1 系统整体框图93.2 系统整体电路103.2.1 单片机电路113.2.2 复位电路113.2.3 时钟电路123.2.4 按键电路123.2.5 蜂鸣器电路123.3 超声波发送电路133.4 超声波接收电路133.5 温度采集DS18B20电路153.5.1 DS18B20简介153.5.2 DS18B20使用163.6 LCD显示电路163.6.1 1602液晶模块

2、简介163.6.2 1602液晶模块初始化及设置184. 软件系统的设计184.1 系统主程序模块设计184.1.1 程序原理184.1.2 软件流程图194.1.3 程序代码204.2 系统其他程序模块设计224.2.1 超声波发送程序224.2.2 超声波的接收和处理234.2.3 距离计算程序244.2.4 DS18B20温度采集程序244.2.5 数据转换程序284.2.6 LCD显示程序295. 系统仿真326. 心得体会33参考文献34数据采集与数显的智能系统设计 摘要：基于传统的方法在很多特殊场合：如带腐蚀的液体，强电磁干扰，有毒等恶劣条件下，测量距离存在不可克服的缺陷，设计超声

3、波测距能很好的解决此类的问题。本论文先介绍单片机超声波测距系统的原理，重点设计测量距离的超声波的发生电路与接收电路系统和基于DS18B20温度采集电路系统，再将采集结果显示在LCD显示屏上，最后对系统进行误差分析。 关键词：单片机；超声波测距；DS18B20温度；LCD显示；软件设计；误差分析1. 引言在现代化的工业生产及日常生活中人们经常需要用到一些数据，如：距离、温度、湿度等等。传统的数据采集工具虽然也能得到这些数据但存在误差比较大，导致工作质量不高。采用单片机来采集数据系统能够解决误差大问题，提高采集数据的精确度，提高工作质量。而且基于传统的方法在很多特殊场合：如带腐蚀的液体，强电磁干扰

4、，有毒等恶劣条件下，人不能直接进行数据采集，导致采集数据存在不可克服的缺陷。利用MCS-51单片机数据采集系统能够代替人在这些危险的环境下进行数据的采集工作。数据采集器的市场需求量大，以数据采集器为核心构成的小系统应用广泛，因此开发高性能的数据采集器具有良好的市场前景。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。如摄像头，麦克风，电子温度计，数显电子称，电子血压表都是我们日常生活中经常用到的数据采集工具。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。将其在某一时间段内检测得

5、到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。数据采集系统具有广阔的市场前景，在工业生产和日常生活中已越来越必不可小。数据采集与数显系统在社会生活中应用广泛。在各个领域中都有它的身影。它们具有测量精确、操作简单、工作稳定可靠等特点。它们代替了传统的数据采集工具，成为人们工作生活中的主要工具。2. 方案论证与比较数据采集与数显系统是以单片机为核心，辅助一定的外用设备就能够用于采集到许多数据，但本文重点介绍距离和温度的数据的采集。主要使用超声波测距的方法来采集距离数据，在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对

6、声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响，有利于提高超声波测距系统的测量精度。重点设计测量距离的超声波的发生电路与接收电路系统和温度采集电路系统，再将采集结果显示在LCD显示屏上，最后对系统进行误差分析。2.1 超声波测距的原理2.1.1 超声波的基本理论超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波的研究特别活跃。超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐

7、射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声1。超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在1041012Hz，其中通常的频率大约在1043106之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播时，如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。2.1.2 超声波测距系统原理在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比

8、2。超声测距大致有以下方法：(1)取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；(2)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t，故被测距离为 S=12vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变 。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟3

9、40米（15时）。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m0.03S=10.2m。由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下： 图 2-1 测距原理2.2 超声波发射电路(1) 分立元件构成的发射电路图 2-2 分立元件构成的超声波发射电路图2-2是由两只普通低频小功率三极管C9013构成的振荡、驱动电路，三极管Q1、Q2构成两级放大器，但是由于超声波发射头的正反馈作用，这个原本是放大器的电路变成了振荡器。超声波发射器的压电晶片可等效于一个串联LC谐振电路，具有选频作用，因此该振荡器只能振荡

10、在超声波发射头的固有谐振频率f0。第二个图中用电感L替代R3这样可以增大激励电压，使其具有较大的功率输出3。(2) 由集成电路构成的发射电路图2-3 555构成的超声波发射电路图2-3为由555集成芯片构成的振荡、调制、激励电路。该电路应使用双极型555（内部电路由普通三极管构成），不宜使用单极型7555（内部电路由CMOS电路构成，外部引脚与555相同），其原因是7555带负载能力小。由555集成芯片构成多谐振荡器，该电路的震荡周期为T=0.695（R19+2R22）C11，通过调节R22的阻值可以改变发射频率4。(3) 由非门构成的超声波发射电路图2-4 由非门构成的超声波发射电路图2-4

11、是由非门构成的一个振荡器发送电路，用非门构成的电路简单，调试容易。很容易通过软件控制。图中把两个非门的输出接到一起的目的是为了提高其吸入电流，电路驱动能力提高。(4)超声波发射电路选择结论 以上为常用的发射电路，分立元件构成的发射电路容易受到外界的干扰，体积、功耗也比较大。而集成电路构成的发射电路具有调试简单，可靠性好，抗干扰能力强，体积小，功耗低的优点，所以首先考虑采用集成电路来组成收发电路。 在由集成电路构成的收发电路中，发射电路我们选用由非门构成，主要是考虑到系统的调试简单、成本低、可靠性好。2.3 超声波接收电路(1) 由分立元件构成的接收电路图 2-5 为由三极管T1, T2和若干电

12、阻电容组成的两级阻容耦合交流放大电路。第一级中RL为集电极负载电阻；R2为偏流电阻，同时引入了交直流并联电压负反馈，可以较有效的稳定静态工作点，改善非线性失真以及增益的稳定性；R4 是发射极负反馈电阻，引入直、交流串联电流负反馈，具有稳定工作点、增益、改善失真、提高输入阻抗等作用。 图 2-5 分立元件构成的超声波接收电路(2) 由运算放大器构成的接收电路 图2-6是由运放构成的超声波放大电路，该电路的形式在其他应用中经常遇到，特点如下： 1）一般用运放组成的放大电路都要求对称的正负电源供电，这里以单电源供电，输出端的静态电位必须设置在1/2的电源电压，这由同相输入端的点的电位来确定，R15和

13、R17分压取得1/2的电源电压加到运放的同相输入端，使其电位1/2电源电压。 2）采用同相端输入方式其输入阻抗高，超声波接收传感器的输出信号接到放大器的同相端，有利于超声波传感器充分发挥接收灵敏度和自生的选频作用。 3）反相端对地不提供直流通路，因此通过隔直电容C8提供直流通路。 图 2-6 运放构成的超声波接收电路(3) LM1812收发集成电路构成 LM1812是一种专用于超声波接收和发送的集成电路，它即可做发送电路，又可以做接收电路使用。如下图2-7所示： 图 2-7 由LM1812构成的接收电路(4) CX20106构成的接收电路图 2-8 CX20106构成的接收电路图2-8是CX2

14、0106构成的接收电路，内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时5。1脚是接收信号输入端。2脚是调节接收信号灵敏度，电阻越小，灵敏度越高。电容越大，灵敏度越高。电容一般取1F，电阻50300 的，在干扰较大的场合增加电阻阻值可将灵敏度调低，干扰小的场合减小阻值将灵敏度调高。5脚主要用来调节中心频率，这里取200 k，7脚接上拉电阻，这里取1 k左右。U4为超声波接收头

15、，当收到超声波时产生一个下降沿，接到单片机的外部中断INT0上。当超声波接收头接收到40kHz 方波信号时，将会将此信号通过CX20106A 驱动放大送入单片机的外部中断0 口。单片机在得到外部中断0 的中断请求后，会转入外部中断0 的中断服务程序进行处理。(5)超声波接收电路选择结论以上为常用的接收电路。集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。实验证明，用CX20106A接收超声波（无信号时输出高电平）具有很高的灵敏度和抗干扰能力。适当的更

16、改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。2.4 温度采集电路 本系统中的温度采集电路具有采集温度并且对测距进行补偿的作用，选用DS18B20温度传感器作为温度检测元件能使该系统采集的数据更加准确。 温度传感器DS18B20温度范围为-55125，最大分辨率在0.0625。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在 93.75 ms和 750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所

17、挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。其主要特点如下:(1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；(2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；(3)无须外部器件；(4)可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；(5)零待机功耗；(6)温度以或位数字；(7)用户可定义报警设置；(8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；(9)电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不

18、能正常工作；3. 硬件系统的设计3.1 系统整体框图数据采集与数显系统是以单片机为核心，辅助一定的外用设备就能够用于采集到许多数据，如：摄像头、麦克风、电子温度计、数显电子称、电子血压表都是我们日常生活中经常用到以单片机为核心的数据采集与数显系统。但本文重点介绍距离和温度的数据的采集，并将结果显示在LCD上。本系统主要由以AT89S52为核心、超声波的发生电路和接收电路、DS18B20温度采集电路、显示电路等组成。首先，由温度采集电路采集温度在显示电路上显示出来，并且将采集到的温度数送入单片机计算当前温度下的声速确定后，然后通过超声波的发生电路和接收电路测得超声波往返的时间来测出距离并显示。A

19、T89s52单片机控制器超声波发射电路超声波接收电路LCD显示电路温度检测电路图 3-1 数据采集与数显系统整体框图3.2 系统整体电路 图 3-2 系统原理电路图 图3-2是系统原理电路图。本次我们采用了Atmel 公司的AT89S52,该单片机主要特点如下：(1) AT89S52系列单片机以8051为内核，兼容MCS-51系列单片机。(2) AT89S52系列单片机内、内部含有Flash存储器，在系统开发可以反复擦写。(3) AT89S52采用静态时钟方式，可以节省电能。(4) AT89S52支持ISP（在线编程），不需要把单片机从电路板取下来就可以擦写程序。(5) AT89S52晶振频率

20、高达24M，运行速度更快。3.2.1 单片机电路 引脚功能：P0口用来送显示信号给LCD的数据为，P20P22送命令到LCD控制LCD的显示方式。P3.7为DS18B20温度数据采集端。P1.0接测量按键6。 图3-3 单片机主电路3.2.2 复位电路单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路如下：1）上电复位在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即ms。一般取R1，C22uF7。 图3-4复位电路2）手动复位 当人按下按钮S1时，使电容C1通过R

21、1迅速放电，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位。R1一般取200。3.2.3 时钟电路当使用单片机的内部时钟电路时，单片机的XATL1和XATL2用来接石英晶体和微调电容，如图所示，晶体一般可以选择3M24M，电容选择30pF左右。我们选择晶振为12MHz,电容33pF。 图3-5 时钟电路3.2.4 按键电路 我们通过P1.0来启动测量，程序中通过查询P1.0的电平来检测是否按键被按下，电路原理如下：当按下按键时P1.0为低电平，单片机通过 查询到低电平开始测量距离，当松开按键，P1.0即为高电平。在软件中通过软件延时来消除按键的机械抖动。 图 3-6 按键电路3.2.5 蜂鸣器电路 本

22、次设计通过一只蜂鸣器来提示用户按键按下了，现在单片机开始了测距。蜂鸣器时一块压电晶片，在其两端加上35V的直流电压，就能产生3KHz的蜂鸣声。电路如图3-7通过单片机软件产生3KHz的信号从P3.7口送到三极管9.13的基极，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。 图3-7 蜂鸣器电路3.3 超声波发送电路超声波发生器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（“也称为超声波换能器”）的型号选用CSB40T（其中心频率为40KHz）。可以采用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经过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

23、，但是需要设计一个驱动电流为100mA以上的驱动电路8。第二种方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，并直接驱动超声波换能器产生超声波。这种方法的特点是无需驱动电路，但缺乏灵活性。本次我们采用第一种方法产生超声波，非门可以选用74LS04，具体电路如图： 图 3-8 超声波发送电路从图中可知，当输入的信号为高电平时，上面经过两级反向CSB40T的1引脚为高电平，下面经过一级反向后为低电平；当输入信号为低电平时，正好相反，实现了振荡的信号驱动CSB40T，只要控制信号接近40KHz，就能产生超声波。3.4 超声波接收电路 超声波接收包括接收探头，信号放大以及波形变换电路三部分，

24、超声波接收探头必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片CX20106，由于红外遥控的中心频率在38KHz，和超声波的40KHz很接近，所以可以用来做接收电路。CX20106是日本索尼公司的产品，采用单列8引脚的直插式封装，内部包含自动偏置控制电路、前置放大电路、带通滤波、峰值检波、积分比较器、斯密特整形输出电路，配合少量外接元件就可以对38KHz左右的信号的

25、接收与处理，该芯片内部如下图所示：图3-9 CX20106内部结构CX20106构成本次设计接收电路如下图：图 3-10 超声波接收电路使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。以下是CX20106A的引脚注释9。1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40k。2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R4或减小C4,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C4的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R4=4.7，C4=1F。3

26、脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为 3.3 f。4脚：接地端。5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200k时，f042kHz，若取R=220k，则中心频率f038kHz。6脚： 该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22 k，没有接受信号是该端输出为高电平，有

27、信号时则产生下降。8脚：电源正极，4.55V。3.5 温度采集DS18B20电路本次我们考虑温度补偿所以需要对温度进行采集，以使我们的设计更加精确，温度的采集通常使用DS18B20一线式数字温度传感器，电路非常简洁，具体电路图如下图3-11所示。图3-11 温度采集DS18B20电路3.5.1 DS18B20简介 DS18B20是美国DALLS公司推出的DS1820的替代产品，具有9、10、11、12位的转换精度，未编程时默认的精度是12位，测量精度一般为0.5C，软件处理后可以达到0.1C，温度输出以16位符号扩展的二进制数形式提供，低位在先，以0.0625C/LSB形式表达。其中高五位为扩

28、展符号位。转换周期与转换精度有关，9位转换精度时，最大转换时间为93.7 ms，12位转换精度时，最大转换时间为750ms。DS18B20引脚判断方法是：字面朝人，从左到右依次是1（GND）、2（输入/输出）、3（Vcc）10。3.5.2 DS18B20使用 DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用了线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10s。采用寄生电源供电方式是Vcc和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：

29、初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始，实际在实验中不用这种方式，只要在数据线上加一个上拉电阻4.7 k（图3-11中的R13为上拉电阻，阻值选5K左右）,另外2个脚分别接电源和地11。3.6 LCD显示电路3.6.1 1602液晶模块简介 本设计采用LCD液晶显示屏显示。其具有体积小、功耗低、界面美观大方等优点，这里使用YB1602液晶屏，1602显示模块用点阵图形显示字

30、符，显示模式分为2行16个字符。它具有16个引脚，其正面左起为第一脚，如下图所示：图3-12 LCD显示电路 第1脚GND：接地。第2脚VCC：+5V电源。第3脚VO：对比度调整端。使用时接一个10K 的 电阻调节。第4脚RS:寄存器选择信号线。第5脚RW:读写信号线。第6脚E：使能端，当E由高电平跳变低电平时 执行命令。 第714脚：8位数据线D0D7。 第15脚BLA:背光电源正极输入端。第16脚BLK:背光电源负极输入端。 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符

31、都有一个固定的代码， 比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。操作控制表操作读状态写指令读数据写数据输入RS=0，RW=1，E=1RS=0，RW=0，D07=指令码，E=H脉冲RS=1，RW=1，E=1RS=1，RW=0，D07=数据，E=H脉冲表3-1 LCD1602操作指令3.6.2 1602液晶模块初始化及设置1）显示模式设置：

32、0011 0000 0x38设置162显示，57点阵，8位数据接口； 2）显示开关及光标设置： 0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效)0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)，N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)，S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 3）数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码(0-27H，40-67H) 4）其他设置：01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针 =0)。4. 软件系统

33、的设计4.1 系统主程序模块设计4.1.1 程序原理 本设计主程序的思想如下： (1)温度为两位显示，距离为四位显示单位为mm； (2)温度每隔900ms采样一次，DS18B20在12位精度下转换周期为750ms ,故900ms满足该速度要求；超声波每隔60ms发送一次。 (3)按键S为测量启动键； (4)系统采用AT89S52的内时钟：12MHz； (5)超声波发送一定时间后才开始启动检测，避免直达信号造成误判。所以系统最小测量约为112mm； (6)没有使用看门狗功能；4.1.2 软件流程图通过lcd显示计算出距离值延时0.5s关闭计数器换算当前温度下的声速读取温度值计算超声波传播时间发4

34、0kHz方波3个周期，开启计数器发射信号进入中断初始化开始 图 4-1 主程序流程图4.1.3 程序代码void main(void) uchar i,j; for(i=0;i255;i+) for(j=0;j255;j+); /延时，等待系统外围复位完成 sys_init(); /初始化 display(); /显示 sta_flag=0; /标准复位 waitforstarting: /检测按键 while(START); for(i=0;i20;i+) delay1ms(); if(START) goto waitforstarting; BUZZER=0; /蜂鸣器鸣音一次提示按键按下

35、 i=100000; while(i-); BUZZER=1; i=100000; while(i-); TR0=1; /启动定时器0 ET0=1; testtemp(); /启动温度转换 while(1) if(sta_flag) /60MS到了，超声波已经发送 while(0=CSBIN); /等待超声波返回 TR1=0; jsh=TH1; /停止计数 jsl=TL1; if(15=count) /1S到，检测温度 temp=wd(); count=0; testtemp(); /重新启动转换 display(); /刷新显示 computer(); /计算距离 hextobcd(); /

36、转化成BCD码 sta_flag=0; /标志清零 void sys_init(void) uchar i; for(i=0;i29;i+) /显示清零 numi=0; TMOD=0x11; TH0=0x15; TL0=0xA0; P0=0; CNT=0; /超声波发送关闭 CSBIN=1; EA=1; /开放总中断 Init_LCD(); 4.2 系统其他程序模块设计4.2.1 超声波发送程序 (1) 程序原理超声波的每过 60ms发送一次，通过定时器T0中断中发送超声波，超声波发送后延时一段时间后返回。由于超声波的发射探头T发出的超声波一部分会直接传送到超声波的接收探头R中，从而产生错误的

37、判断；为了避免这一错误的产生，在开始发出信号时，必须关闭外部中断INT0；当发射完毕时，开启外部中断 INT0 ，同时还要先清掉外部中断的请求标志IE0 ，这又是因为在关闭了外部中断的情况下，中断信号还是会产生的，请求标志仍然存在，只有清除了该标志位，才能避免系统对该中断请求的响应12。(2) 软件流程图定时器初始 发射超声波开计时器停止发射返回 图 4-2 超声波发送程序流程图 (3) 程序代码void timer0(void)interrupt 1 using 0 TH0=0x15; TL0=0xA0; TH1=0; TL1=0; sta_flag=1; /标志置为1 count+; /计

38、次单元加1 _nop_(); /开始发送超声波40KHz _nop_(); _nop_(); CNT=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); CNT=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TR1=1; /启动定时器1计数 delay15(50); /延时避开直达信号4.2.2 超声波的接收和处理 超声波由超声波接收头接收，经过CX20106检波放大变换后送到单片机的P2.6脚

39、，程序中通过指令： While(0=CSBIN)；来查询，接收到超声波信号后往下面执行，进行计算处理，距离计算中，实行了温度补偿和夹角补偿。本设计中需注意当距离过远或者没有返回信号时候，定时器T1的溢出必须处理13。4.2.3 距离计算程序 距离计算中，实行了温度补偿和夹角补偿。程序代码如下 void computer(void) /距离计算函数 float c,d,s; uint t; if(temp 0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; /写入命令 Delay(5); DQ = 1; dat=1; /移位为写入下一位准备/*字读函数*/uchar ReadOneCha

40、r(void)/读一个字节uchar i = 0;uchar dat = 0; for (i = 8; i 0; i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat = 1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat |= 0x80; /拼装处理 Delay(15); return (dat);*读取温度函数*/ uint wd(void) unsigned int a = 0, b = 0, t = 0; Init_18B20(); /初始化DS18B20 WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器 a =

41、 ReadOneChar(); /读取一个字节 b = ReadOneChar(); t = b; t = 8; t = t | a; /字节合并 return (t); /返回结果给调用 4.2.5 数据转换程序经过求的数据原码无法直接用于显示，必须转换为LCD所接受的BCD码的形式，而且在温度补偿和距离计算中没有考虑小数点的存在，而实际显示必须考虑小数和有效位数，这样就必须对数据进行取舍。*数据转换函数* void hextobcd(void) /转化成2进制 float tp; unsigned long int tmp; fuhao=0; if(temp0x8000) tp=temp*

42、0.0625; else /温度小于0，求补码得到原码 bm(); tp=temp*0.0625; fuhao=1; tp*=10; tmp=tp; num12=tmp/100; /数据转换后放到显示数组 if(fuhao) num12=num12|0x80; /最高位加上负号 num13=tmp/10-(tmp/100)*10; tmp=distance; num25=tmp/1000; tmp%=1000; num26=tmp/100; tmp%=100; num27=tmp/10; tmp%=10; num28=tmp/1; 4.2.6 LCD显示程序 (1) 程序原理 LCD液晶显示程

43、序分为液晶初始化、读忙、写指令和写数据操作，液晶显示器是一块慢器件，所以在执行每条指令之前必须确定模块忙标志为低电平（不忙），否侧此指令无效。 (2) 软件流程图 图 4-4 LCD显示程序流程图(3) 程序代码 *LCD的初始化*void Init_LCD(void) delay(); /稍微延时，等待LCD进入工作状态Write_Comm(0x01);/清显示Write_Comm(0x02);/光标归位 Write_Comm(0x38);/8位2行5*8 Write_Comm(0x06);/文字不动，光标右移 Write_Comm(0x0c);/显示开/关，光标开闪烁开Write_Comm

44、(0x18);/左移*判读LCD是否为忙状态*void Read_Busy(void)/读忙信号判断doLcd_Data = 0xff;RS = 0;RW = 1;E = 0;delay();E = 1; while(Busy);*写入指令函数*void Write_Comm(uchar lcdcomm) Lcd_Data = lcdcomm;RS = 0;RW = 0;E = 0;Read_Busy(); E = 1;*写入数据函数*void Write_Data(uchar lcddata)Lcd_Data = lcddata;RS = 1;RW = 0;E = 0;Read_Busy()

45、;E = 1;*LCD显示函数*void display(void) uchar a,b,d; /Init_LCD(); Write_Comm(0x01);/清显示 Write_Comm(0x80);/写首地址 for(a=0;a11)&(a14) d=numcodenuma; /待显示的结果 if(14=a) d=0xdf; Write_Data(d); /写入要显示的数据 Write_Comm(0xc0); /换行，换到第二行 for(b=16;b24)&(b29) d=numcodenumb; Write_Data(d); 5. 系统仿真 Proteus是一款功能强大的软件，其 ISIS

46、 用来做仿真十分方便，尤其是单片机系统的仿真，我们在本设计的开发初期，用Proteus来仿真我们的设计，以便验证我们的设计，对设计的正确性做出分析。首先在软件中找到我们设计用的元件，然后连接好电路图，设置好各个元件的参数值，特别注意液晶显示屏的连接需要接上拉电阻。图 5-1 Proteus仿真图用Proteus绘制好电路图后导入程序文件（用Keil 编译过后的HEX文件），然后就可以执行仿真，我们在仿真的时候P2.6 检测到高电平即为返回信号获得，由于在软件中没有CX20106模型，所以P2.6 悬空，则程序开始就认为返回信号获得了，所以显示了一个最小测量值111mm，而温度为 18C，通过调

47、节DS18B20模型的温度可以测试显示温度是否正确，从图中可以看出显示的温度就是DS18B20 的预设温度值。下面我们在来看看 P2.5 口是否有发射信号的产生。由于是频率比较高的信号（40KHz），所以不能通过二极管来观察到，所以在仿真的时候 P2.5 一直显示的是低电平状态，这时必须用示波器来查看，如图：图 5-2 波形从上图看出，P2.5口输出了信号，由于软件是间隔60MS发送一次40KHz的信号，所以可以看到这样的尖脉冲信号产生。软件仿真说明我们的软件设计非常成功。6. 心得体会基于单片机的数据采集系统的设计包含了：电路分析、数字、模拟电路和单片机、EDA、传感器、C语言等方面的知识。

48、在即将毕业之际，利用单片机和传感器为主做一个系统的设计，深刻的体会到我们大学中学到知识有很强的应用价值。单片机的应用解决了很多问题，现在只要写一个软件，通过单片机和一些简单的外接电路就可以实现具有很多功能的、而且具有智能化的系统，同时可方便升级维护。而且单片机的应用广泛，在日常生活和生产中占用重要位置。设计中也“小试牛刀”的使用了我们传感器课程所学的超声波的知识；在做光耦电路部分的时候三极管的计算用到了电路分析；模拟电子技术的知识；单片机程序设计使用了C语言来编写程序，感受到了C语言的强大所在。可以说设计的过程中将我们大学中所学的看似毫无关联的知识系统的联系在一起。这个设计是对我们所学知识的最

49、好的总结。通过设计不仅学习到很多相关的知识，补充了自己的不足，使自己的大学中学到的知识更系统化，完整化。让自己的水平不再停留在理论阶段，学会如何在生产生活中运用所学到的知识，将理论和实际结合起来。参考文献1 李茂山.超声波测距原理及实践技术J.电子学报.成都:中国测试技术研究院.1994,(3):12-202 景旭文,李家宝等.超声波测距研究J.电子学报.镇江:华东船舶工业学院.1994,(1):90-943 谢自美.电子线路设计实验测试.武汉:华中科技大学出版社.2002.45-604 康华光.电子技术基础(模拟部分).北京:高等教育出版社.2000.18-205 潘宗预.超声波测距精度的探讨J.长沙:湖南大学学报.2002,(5):18-216 蔡美琴等编.MCS-51系列单片机系统及其应用.北京:高等教育出版社.1992.8-97 吴金戌.沈庆阳等.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社.2001,8. 148-1598 谢嘉奎.电子线路(非线性部分).北京:高等教育出版社. 2004.20-219 沙占有等编.集成化智能传感器原理与应用.北京:电子工业出版社.2002.