超声波传感器模块返回信号跟触发信号一模一样，没有改变

摘要超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在010-500m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

关键词 单片机AT82S51超声波传感器测量距离

一、设计要求

设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在010-300m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。

二、设计思路

超声波传感器及其测距原理

超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离

测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，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33145米/秒，由单片机负责计时，单片机使用120M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示：

超声波测距器系统设计框图

三、系统组成

硬件部分

主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P10引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。

软件部分

主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分。

四、系统硬件电路设计

1单片机系统及显示电路

单片机采用89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用P10端口输出超声波转化器所需的40KHz方波信号，利用外中断0口检测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管驱动。单片机系统及显示电路如下图所示

单片机及显示电路原理图

2超声波发射电路原理图参考期刊如图所示：

超声波发射电路原理图

压电超声波转换器的功能：利用压电晶体谐振工作。内部结构上图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。

3超声波检测接受电路

参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路CX20106A，这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与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。

超声波接收电路图

五、系统程序设计

超声波测距软件设计主要由主程序，超声波发射子程序，超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距器的算法，主程序，超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。

1．超声波测距器的算法设计

下图示意了超声波测距的原理，即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。

距离计算公式：d=s/2=(ct)/2

d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回路程，c为声速，t为声波来回所用的时间

声速c与温度有关，如温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。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。声速确定后，只要测得超声波往返时间，即可求得距离。在系统加入温度传感器来监测环境温度，可进行温度被偿。这里可以用DS18B20测量环境温度，根据不同的环境温度确定一声速提高测距的稳定性。为了增强系统的可靠性，应在软硬件上采用抗干扰措施。

不同温度下的超声波声速表

温度/

-30

-20

-10

0

10

20

30

100

声速c(m/s)

313

319

325

323

338

344

349

386

2．主程序

主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延迟01ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振，机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20℃时的声速为344m/s则有：

d=(CT0)/2=172T0/10000cm（其中T0为计数器T0的计数值）

测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如下

3超声波发生子程序和超声波接收中断程序

超声波发生子程序的作用是通过P10端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波，脉冲宽度为12us左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。

六．软硬件调试及性能

超声波测距仪的制作和调试，其中超声波发射和接收采用Φ15的超声波换能器TCT40-10F1（T发射）和TCT40-10S1（R接收），中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4～8cm，其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。

硬件电路制作完成并调试好后，便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为007～55m，测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。

后续工作需实验后才能验证

根据参考电路和集成的电路器件测距范围有限10m以内为好。

希望对你有帮助！

你好，我来为你解答：

摘要：本文介绍了一种用MCS-51系列单片机AT89C52代替专用遥控芯片的设计方案，通过软件模拟实现了电视机遥控编码的发射，并且达到“一器多用”。

关键词：全码；简码；引导码；系统码；数据码

引言

上世纪八十年代初，日本率先在电视产品中使用了红外遥控技术，目前已经在电视机上得到了广泛应用。电视遥控器使用的是专用集成发射芯片来实现遥控码的发射，如东芝TC9012，飞利浦SAA3010T等。这些芯片价格较贵，且相互之间采用的遥控编码格式互不兼容，所以各机型的遥控器通常只能针对各自的遥控对象而无法通用。本文在试验验证的基础上，介绍了如何利用低成本的MCS-51系列单片机来实现遥控码的模拟发射，并实现遥控器的通用化。

遥控发射技术的基本原理

图1 NEC标准下的主码表示

图2 NEC标准下，数据0和1的表示

图3 PHILIPS标准下的全码表示

图4 硬件原理图

通常彩电遥控信号的发射，就是将某个按键所对应的控制指令和系统码(由0和1组成的序列)，调制在32~56KHz范围内的载波上，然后经放大、驱动红外发射管将信号发射出去。

不同公司的遥控芯片，采用的遥控码格式也不一样。在此介绍较普遍的两种，一种是NEC标准，一种是PHILIPS 标准。

NEC标准：遥控载波的频率为38KHz(占空比为1:3)；当某个按键按下时，系统首先发射一个完整的全码，然后经延时再发射一系列简码，直到按键松开即停止发射。简码重复延时108ms，每两个引导脉冲上升沿之间的间隔都是108ms。一个完整的全码如图1所示。 其中，引导码高电平45ms，低电平45ms；系统码8位，数据码8位，共32位；数据0用“高电平05625ms＋低电平05625ms”表示，数据1用“高电平05625ms＋低电平16875ms”表示，如图2所示：一个简码＝引导码＋系统码位0的反码＋结束位(05625ms)高电平。

各部分码的作用：引导码用来通知接收器其后为遥控数据。系统码用来区分是哪一机型的数据，接收端依此来判断后续的数据是否为须执行的指令。数据码用来区分是哪一个键被按下，接收端根据数据码做出应该执行什么动作的判断。简码是在持续按键时发送的码。它告知接收端，某键是在被连续地按着。

遥控数据传输系统的关键是数据传输的可靠性。为了提高编码的可靠性，NEC标准规定系统码、数据码后分别接着传送一个同样的码或者反码，供误码校验用。

PHILIPS标准：载波频率为38KHz；没有简码，点按键时，控制码在1和0之间切换，若持续按键，则控制码不变。一个全码＝起始码‘11’＋控制码＋系统码+数据码，如图3所示。

数据0用“低电平1778ms＋高电平1778ms”表示；数据1用“高电平1778ms＋低电平1778ms”表示。 连续码重复延时114ms。

硬件原理图

图4为硬件原理图，电路主要由三大部分组成：AT89C52及其外围电路部分；8×8键矩阵部分；及直流电源部分。

AT89C52单片机及其外围电路组成的控制和遥控码产生部分：主要有外中断信号处理、12M时钟、CPU复位、I/O口上拉电路、红外遥控发射、按键指示等。由P0口和P2口搭成按键矩阵，当有键按下时，产生的外中断请求信号(低电平有效)经八输入与非门和非门后送至P32端，使CPU进入中断处理，同时点亮按键指示灯。系统产生的遥控编码信号通过P14端发出，经放大后驱动发射管发射出去。拨码开关DIP的作用是进行不同机芯状态的切换。比如当DIP设置为“1000”时，系统处于长虹CH-10机芯状态；为“1001”时，则处于CN-12机芯状态。R13、C11和按键KEY组成单片机复位电路。

8×8键矩阵部分：由64只键盘开关排列而成,可以根据需要，选择合适的按键数。 88键是不增加扩展器件的情况下最多的按键数。

整个系统的工作电源为直流+5V。由电源模块IC31 (PS0500DS)、整流桥HBA、HBK等组成。

程序实现

NEC编码程序用MCS-51系列单片机汇编语言编写而成，PHILIPS编码可以此类推。

NEC、TOSHIBA、SAMSONG公司的编码格式有其共通之处：遥控全码都由“引导码+系统码+系统码(或系统码取反)+数据码+数据码取反”组成；数据“0”和“1”的定义相同；不同的只是引导码高低电平的持续时间不同，系统码位数有长有短，第一个简码和全码最后一位之间的延时不同，简码的引导脉冲不同等；所以可以把相同的部分做成通用子程序，包括产生数据“0”和“1”的子程序“ONE”和“ZERO”，9ms、45ms、225ms、22ms、45ms等时间控制子程序。

8×8的键矩阵处理，采用外中断的方式，有键按下时，就向CPU发出中断请求，然后按照“先列后排”一个个扫描，从而找出被按下的键，当然这里面还包括了去抖动、多键同时按时只处理一键的处理部分。

机芯的不同状态由单片机P3口的P35、P34、P31、P30四位的输入数值来区分判断，比如“0000”表示工作于东芝TC90××系列状态，“0001”则表示要求工作于NEC公司的PD61××系列状态。

判断了是哪一只键按下以及处于机芯的哪种状态以后，程序就严格按照相应的遥控编码方式来进行遥控码的发射，也就是说将一定时段、一定数值的电平脉冲调制在38KHz载波上，逐一发射出去。

流程图如图5所示

图5 程序流程图

部分程序段：

这里给出的是产生NEC遥控码的主要部分,而像键扫描等较常见的程序段就不再提供

主程序初始化部分：

ORG 100H

main: mov psw,#0 ；

mov sp,#30h ；设置堆栈

mov tmod,#02h ;方式2定时

mov th0,#0f3h ;38KHZ方波时间数

mov p2,#0 ；

mov p0,#0ffh

setb ex0 ;允许外中断0

setb pt0 ;外中断0（有键按下）优先

clr it0 ;电平触发方式

clr mdl ;设有无按键的标志

setb p32 ;

setb p34

setb p35

setb p31

setb p30 ;置P30～P35为输入状态

clr c ;清进位标志位

clr p14 ;清遥控输出端

clr a ；清累加器A

mov KEYHAO,#0H ； 清按键号存储器

xrl a,#11000000b ;0000(p35 p34 p31 p30)

jz TV1

mov a,r7

xrl a,#11000001b ;0001

jz TV2

mov a,r7

xrl a,#11000010b ;0010

jz VCD

mov a,r7

……

SET ETO

SET EA ;开中断

pp:jnb mdl,pp ;循环等待按键

clr mdl ;

CLR KEYHAO

sjmp pp……

‘0’子程序和‘1’子程序部分:ZERO: CLR A

SETB TR0 ;启动定时器0#

CJNZ A,#39,$ ;05625ms高电平

CLR TR0 ;停定时器0#

ACALL DE05625 ;沿时05625ms

CLR A

RET

ONE: CLR A

SETB TR0 ;启动定时器0#

CJNE A,#39,$ ;05625ms高电平

CLR TR0 ;停定时器0#

ACALL DE16875 ;沿时16875ms

RET

结语

本文介绍了AT89C52单片机代替专用遥控芯片设计通用型电视遥控器，该方案具有结构简单、成本低等优点，用本文介绍的方法进行单片机遥控信号模拟，可以作出一款自己家的通用遥控器。

//

/ 晶振：110569MHz /

/ 说 明 /

/ 以一个9ms的低电平和45ms的高电平为引导码，后跟32位二进制代码 /

/ 前16位为8位用户码及其反码，后16位为8位的 *** 作码及其反码 /

/ 以脉宽为0565ms、间隔056ms、周期为1125ms的组合表示"0"； /

/ 以脉宽为0565ms、间隔1685ms、周期为225ms的组合表示"1"。 /

/ 注意：接收码的脉宽与间隔是对发射码取反的，即间隔是0565ms /

//

#include <REGX52h>

#define uchar unsigned char

uchar data IRcode[4]; //定义一个4字节的数组用来存储代码

uchar CodeTemp; //编码字节缓存变量

uchar i,j,k; //延时用的循环变量

sbit IRsignal=P3^2; //HS0038接收头OUT端直接连P32(INT0)

/延时09ms子程序/

void Delay0_9ms(void)

{uchar j,k;

for(j=18;j>0;j--)

for(k=20;k>0;k--) ;

}

/延时1ms子程序/

void Delay1ms(void)

{uchar i,j;

for(i=2;i>0;i--)

for(j=230;j>0;j--) ;

}

/延时45ms子程序/

void Delay4_5ms(void)

{uchar i,j;

for(i=10;i>0;i--)

for(j=225;j>0;j--) ;

}

/ 延时子程序 /

void Delay(void)

{uchar i,j,k;

for(i=200;i>0;i--)

for(j=200;j>0;j--)

for(k=3;k>0;k--) ;

}

/中断0解码服务子程序/

void int0(void) interrupt 0 using 2

{

EA=0;

for(k=0;k<10;k++)

{Delay0_9ms();

if (IRsignal==1) //如果09ms后IRsignal=1，说明不是引导码

{k=10;break;}

else if(k==9) //如果持续了10×09ms=9ms的低电平，说明是引导码

{while(IRsignal==0);

Delay4_5ms(); //跳过持续45ms的高电平

for(i=0;i<4;i++) //分别读取4个字节

{for(j=1;j<=8;j++) //每个字节8个bit的判断

{ while(IRsignal==0); //等待上升沿

Delay0_9ms(); //从上升沿那一时刻开始延时09ms，再判断IRsignal

if(IRsignal==1) //如果IRsignal是"1",则向右移入一位"1"

{Delay1ms();

CodeTemp=CodeTemp|0x80;

if(j<8) CodeTemp=CodeTemp>>1;

}

else

if(j<8)CodeTemp=CodeTemp>>1;//如果IRsignal是"0",则向右移一位，自动补"0"

}

IRcode[i]=CodeTemp;

CodeTemp=0;

}

for(i=0;i<4;i++) //通过串口将代码发出

{

SBUF=IRcode[i];

while(!TI); //等待一个字节发送完毕

TI=0;

}

Delay();

}

}

EA=1;

}

/串口初始化程序/

void initUart(void)

{

TMOD|=0x20;

SCON=0x50;

PCON|=0x80;

TH1=0xff; //57600bps @ 110592MHz

TL1=0xff;

TR1=1;

}

/主程序/

void main()

{ initUart();

IT0=1; //INT0为负边沿触发, (1：负边沿触发，0：低电平触发)

EX0=1; //外部中断INT0开, (1：开， 0：关 )

EA=1; //开所有中断

CodeTemp=0; //初始化红外编码字节缓存变量

Delay();

while(1);

}

以上就是关于超声波传感器模块返回信号跟触发信号一模一样，没有改变全部的内容，包括:超声波传感器模块返回信号跟触发信号一模一样，没有改变、有一个4路学习型的遥控开关的源程序，只有UPD6121和TC9012的格式可学习，但SAA3010和M50560的格式则无效、51单片机红外线的调制与解调（100）等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！