田进 - 基于51单片机的超声波导航的设计与制作 - 图文(5)

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/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器

（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 2.2超声波介绍及其应用领域

当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率。它的单位是赫兹。人类耳朵听到的声波频率为20-20K赫兹。当声波的振动大于20K赫兹或小于20赫兹时，人们便听不见了。因此，把频率高于20K赫兹的声波称为超声波。超声波的优势在于：

1、超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。

2、超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。

3、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（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗） 超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）。

4、超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。

5、针对以上超声波的优点，超声波的主要应用领域有： （一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等 （二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等 （三）诊断学方面的应用：A型、B型、M型、D型、双功及彩超等 （四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等

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（五）机械学方面的应用：防锈油脂的去除：量具刀具的清洗：机械零部件的除油除锈发动机：化油器及汽车零件的清洗等

（六）表面处理方面的应用：电镀前的除油除锈：离子镀前的清洗：磷化处理：清除积碳：氧化皮等

（七）超声波清洗：清除污染物，疏通细小孔洞，如：清洗印章，古董修复和汽车电喷头疏通等

（八）超声波搅拌：加快溶解，提高均匀度，加快物理化学反应，防止过腐蚀和加速油水乳化，如：溶剂染料混合和超声磷化等

（九）超声波凝聚：加速沉淀，分离，如：种子浮选和饮料除渣等 （十）超声波杀菌：杀灭细菌及有机污染物，如：污水处理和除气等 （十一）超声波粉碎：降低溶质颗粒度，如：细胞粉碎和化学检测等 （十二）超声波封孔：排除间隙气体，提高整体密度，如：工件浸漆等 理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度，这就是超声波加湿器的原理。

2.3 超声波距离传感器简介

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器, 它是通过传送一个超声波（远高于人的听觉范围）和提供一个对应于爆裂回声返回到传感器所需时间的输出脉冲来工作的。超声波传感器在非接触性测量方面的应用非常广泛，如检测液体水位（特别是具有腐蚀性的液体，如硫酸、硝酸液体），汽车倒车防撞系统，金属/非金属探伤等，都可以用到超声波距离传感器。本章应用位差超声波距离传感器作为机器人运动的双眼（测距范围是：2厘米至3米），C51单片机作为机器人的大脑，随时判断和监控前方障碍物的距离。

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图2-3 位差超声波传感器测距示意图

2.4 位差超声波距离传感器工作时序

位差超声波距离传感器通过发射短超声波爆裂，然后\听\回音来探测物体。通过测量回波脉冲的宽度（即时间），就能计算出目标的距离，在主机微控制器发送的触发脉冲的控制下，位差超声波传感器发出一道短40 kHz的（超声波）爆裂声，此爆裂声在空气中以约1130英尺每秒的速度传播，当碰到物体时便反射回到传感器，此时传感器会产生一个输出脉冲，向主机微控制器表示回波被探测，这个脉冲宽度就是对应于爆裂回声返回到传感器所需时间。

图2-4 位差超声波传感器工作时序图

注意：位差超声波距离传感器在下列情况下不能精确地测量距离： a)与物体距离大于3米；

b)与物体的表面形成的反射角太小，使声音不能反映回到传感器； c)物体太小以致没有足够强度的声音返回到传感器。

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2-5 超声波不能精确测距的三种情况

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第三章 超声波导航系统硬件电路的设计

基于C51单片机的超声波距离检测电路原理如图3-1所示。

图3-1 系统原理

3.1单片机最小电路的设计

如图3-3所示，单片机最小电路是由晶振电路和复位电路所组成。

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