通信工程畢業(yè)設計-用超聲波實現(xiàn)智能小車中的探測系統(tǒng)設計(文件)

　

【正文】 探頭到障礙物的距離，式中： S 為所測的距離， v 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度． t 為超聲波從發(fā)到收所經(jīng)過的時間。超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射至空氣中，遇被測物反射后回波被超聲波接收換能器接收。電路圖如圖 42 所示。 (開關(guān)信號輸出端是按客戶要求設定 )此模塊不宜帶電連接，若要帶電連接，則先 讓模塊的 GND 端先連接，否則會影響模塊的正常工作。 因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便 。 ④ 測量溫度范圍在－ 55。 ⑥ 內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 ISD1420 為美國 ISD 公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲單元、前置放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。 圖 44 語音報警 電路 （ 6）系統(tǒng)總體設計 基 于上述（ 1） —（ 5）所述各部分電路設計及功能，要把各部分組合起來電路才能工作，如圖 45 所示。 圖 超聲波測距系統(tǒng)軟件流程圖 （ 3）發(fā)射 、 接收超聲波 程序的設計： 本設計采用 DYPME007超聲波測距模塊，可實現(xiàn) 能，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。只需要提供一個短期的 10uS 脈沖觸發(fā)信號。可通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。 TL0=0。//停止觸發(fā) TR0=1。 //單位 mm， EX0=1。 （ 5） 顯示程序設計 本部分采用 12864 串行發(fā)送方式并顯示，主要顯示當前溫度和目前車離障礙物的距離，以協(xié)助司機安全倒車。 5 超聲波測距系統(tǒng)的調(diào)試 超聲波測距硬件系統(tǒng)的調(diào)試 語音報警 電 路調(diào)試 濟南大學畢業(yè)設計 23 圖 51 超聲波模塊時序圖 ISD1110/ISD1420 系列內(nèi)置了若了干操作模式，可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。使用操作模式有兩點注意： （ 1）所有操作最初都是從 0 地址，即存儲空間的起始端開始。 這種操作模式一直有效，除非控制信號再次由高變低，芯片重新鎖存當前的地址 /模式端電平，然后 執(zhí)行相應操作。這個模式完成 后，錄入的所有信息就作為一條連續(xù)的信息。 A4（連續(xù)尋址） —— 正常操作中，重放遇到 WOM 標志時，地址計數(shù)器會復位。 本設計中，語音報警要實現(xiàn)實時并且在報警范圍內(nèi)循環(huán)播放，因此將 A A A3腳拉高，采用循環(huán)模式，以硬件來實現(xiàn)，避免了復雜的軟件程序。 （ 2）超聲波 距離計算 程序調(diào)試 這 部分調(diào)試主要是對定時器 T0 的計數(shù)值進行處理。其中 t 為定時器轉(zhuǎn)化成秒的值。因此在解決這個故障時，我首先考慮 硬件接觸問題 。 之后 就考慮 數(shù)據(jù)處理時出現(xiàn)問題。測試數(shù)據(jù)如表 51 所示。 （ 3）顯示程序調(diào)試： 該系統(tǒng)采用 液晶屏 顯示所測量的距離 ，顯示單位為厘米 。 （ 4） 系統(tǒng)調(diào)試 濟南大學畢業(yè)設計 25 在 各部分程序按照軟件設計流圖的順序 寫好后，編譯無誤，上電測試。 ② 接收電路的放大倍數(shù)太小，導致測量距離不 夠遠 。 這時考慮接收端信號放大的問題。 通過觀察 測量的數(shù)據(jù) ,發(fā)現(xiàn)測量值總是比實際值大 2 厘米左右。測試結(jié)果如下表 所示 。 最多可顯示四位數(shù)，測距精度可達 到 1cm。 ③ 液晶串行 方式顯示。 ② 外部中斷子程序在對定時器計數(shù)值處理時應注意，進中斷馬上停止計數(shù)，數(shù)據(jù)處理完后把定時器清零 ，在返回主程序時重新開始計數(shù)。此時整個系統(tǒng)基本上達到了課題的 要求。 濟南大學畢業(yè)設計 27 參 考 文 獻 [1] 劉鳳然 . 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng) [J]. 傳感器世界 , 2021,5:2932 [2] 何希才 , 薛永毅 . 傳感器及其應用實例 [M]. 北京 : 機械工業(yè)出版社 , 2021:138152 [3] 胡漢才 . 單片機原理及其接口技術(shù) [M]. 北京 : 清華大學出版社 , 2021:2746 [4] 譚洪濤 , 張學平 . 單片機設計測距儀原理及其簡單應用 [J]. 現(xiàn)代電子技術(shù) , 2021,18:9496 [5] 李念強等 . 單片機原理及應用 [M]. 北京 : 機械工業(yè)出版社 , 2021:90100 [6] 童詩白 , 華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) (第五版 )[M]. 北京 : 高等教育出版社 , 2021:185212 [7] 譚浩強 . C 語言程序設計（第三版） [M]. 北京 : 清華大學出版社 , 202。發(fā)射電路可采用 555 定時器實現(xiàn)以提高發(fā)射功率，接收電路可采用 CX20216 電路以提高接收電路的靈敏度和抗噪聲性能。 ③ 在定時器計數(shù)溢出時，在相應的中斷子程序中調(diào)用顯示子程序以顯示出 后 方無障礙 物 。 （ 2）軟件部分 程序采用了 超聲波發(fā)射程序， 外部中斷子程序 ，定時器計數(shù) ，定時器中斷子程序以及 液晶 顯示程序。 ② 超聲波接收電路采用的是 到 口外部中斷。 至此系統(tǒng)基本上達到了課題的要求。 造成的 在程序里處理完數(shù)據(jù)后然數(shù)據(jù)減去這個三厘米。 上電測試 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)依然存在上述問題 。先增大了發(fā)射超聲波的功率， 上電測試。當距離大于 30 厘米時測量出現(xiàn)錯誤即顯示的距離反而變小。 程序編譯無誤后，上電測試， 看 效果 調(diào)整程序掃描時間。 這時，首先考慮到的是 溫度對超聲 波速度的影響很可能造成數(shù)值偏大或偏小 ， 另外就是程序精度不夠考慮不周，很可能是造成距離遠時精度下降 。 計算數(shù)據(jù)時要用到小數(shù)，在處理數(shù)據(jù)時 ， 由于數(shù)據(jù)類型不一致導致數(shù)據(jù)錯誤 ，系統(tǒng)也 就無法正常工作。調(diào)試中我先采用“點燈”的方式看看程序是否進入中斷，在確定進入以后進行相關(guān)調(diào)試就簡單了很多。 程序編譯 通過后 后，上電測試，發(fā)現(xiàn) 屏幕不顯示或偶爾有亂碼 并有輕微閃爍 。 就測得了障礙物的距離。 （ 1）超聲波 發(fā)射 、接收 部分調(diào)試 這 部分主要是通過 c 語言 程序 控制 單片機的 循環(huán)拉高，通過外部中斷 0 來接收反射回來的超聲波。當芯片既非錄音又非放音時 ，將 A4 短暫拉低可使 地址計數(shù)器復位為 0。一條信息可以完全占滿存儲空間， 那么循環(huán)就從頭至尾進行。控制端每輸入一個低脈沖，內(nèi)部地址 計數(shù)器就跳到下一條信息。此外， A4 模式中，當電路由錄轉(zhuǎn)為放時地址計數(shù)器復位為 0，而由放轉(zhuǎn)為錄則不復 位。因為操 作模式和直接尋址互相排斥。 RW=0 時為寫操作時間，此時 E=1，開始傳輸數(shù)據(jù) ， E=0 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。首先設定地址，錄取報警提示聲音，當檢測到有障礙物里的近時，從地址讀取錄音并播放已達到提醒報警的功能。 //外部中斷 0關(guān)閉 TR0=0。//開始觸發(fā) delay10us()。建議測量周期為 60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響 .程序如下： 發(fā)射程序： void getDistance() { TR0=0。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。 模塊時序圖 : 開始 系統(tǒng)初始化：液晶，定時器等 啟動 T1并定時，開 T1 中斷，開外部中斷。 （ 2）軟件流程設計 濟南大學畢業(yè)設計 20 在硬件電路正確無誤的基礎(chǔ)上，用軟件對相應部分電路的工 作狀態(tài)進行控制，并通過程序?qū)?shù)據(jù)處理，最終使 液晶屏 上顯示出障礙物的距離，并完成控制 語音 。錄音內(nèi)容存入永久存儲單元，提供零功率信息存儲，這個獨一無二的方法是借助于美國 ISD公司的專利 直接模擬 存儲技術(shù) (DAST TM)實現(xiàn)的。 AT12864 漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 C 之間。 ② 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。其基本工作原理為給予此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，當超聲波投射到物體而反 射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定物體的距離。 圖 41 超聲波測距系統(tǒng)原理框圖 超聲波測距的硬件系統(tǒng)設計 （ 1）電源電路 設計 由于本系統(tǒng)是作為智能小車中的探測障礙物系統(tǒng)，所以采用電池供電，由于單片機的工作電壓在 5V，故需要設計一個穩(wěn)壓電路。 本系統(tǒng)由超聲波發(fā)射、回波信號接收、顯示和發(fā)出控制信號、電源等硬件電路部分以及相應的軟件部分構(gòu)成。 TI／ RI：串行 I／ O 中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送／接收后引起。 INT0：外部中斷 0，由 P3． 2 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 IT0：外部中斷 0 觸發(fā)方式選擇位。其功能及操作情況同 TR1。當 GATE=1，且 INT1 為高電平時， TR1 置 “1”啟動定時器 1；當 GATE=0， TR1 置 “1”啟動定時器 1。當字時器 1 計滿溢出時，由硬件使 TF1 置 “1”，并且申請中斷。 （ 2） TCON 在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為 88H，位地址 (由低位到高位 )為88H 一 8FH，由于有位地址，十分便于進行位操作。 M1M0＝ 01：工作方式 1(16 位方式 )。 C／ T：定時器／計數(shù)器選擇位。 （ 2） TMOD 在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為 89H，無位地址。這時，可把定時器 l 用于工作方式 2，把定時器 0用于工作方式 3。所以，方式 3 是為了使單片機有 1 個獨立的定時器／計數(shù)器、 1 個定時器以及 1 個串行口波特率發(fā)生器的應用場合而特地提供的。其中， TL0 既可用作定時器，又可用作計數(shù)器，并使用原 T0 的所有控制位及其定時器回零標志和中斷源。 （ 4）工作方式 3： 2 個 8 位方式。 啟動 T1 前， TLl 和 THl 裝入相同的時間常數(shù)，當 TL1 計滿后，除定時器回零標志 TFl 置位，具有向 CPU 請求中斷的條件外， THl 中的時間常數(shù)還會自動地裝入 TLl，并重新開始定時或計數(shù)。 （ 2）工作方式 1： 16 位方式。 定時器啟動后，定時或計數(shù)脈沖加到 TLl 的低 5 位，從預先設置的初值 (時間常數(shù) )開始不斷增 1。計數(shù)的最高頻率一般為振蕩頻率的 l／ 24。 T0 由 2 個定時寄存器 TH0 和 TL0 構(gòu)成， T1 則由 TH1 和 TL1 構(gòu)成，它們都分別映射在特殊功能寄存器中，從而可以通過對特殊功能寄存器中這些寄存器的讀寫來實現(xiàn)對這兩個定時器的操作。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的 輸入端。 EA/VPP： 訪問外部程序存儲器控制信號。否則， ALE 將被微弱拉高。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。在 flash編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。在訪問外部程序存儲器或 1 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX 濟南大學畢業(yè)設計 12 DPTR）時， P2 口送出高八位地址。在 flash 編程和校驗時，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復用。 VCC：電源 。另外， AT89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模 式。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技 術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。這些外圍裝置與接口如果完全由主機進行管理，勢必造成主機負擔過重，降低 執(zhí)行速度，如果采用單片機進行接口的控制與管理，單片機微處理器與主機可并行上作，大大地提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度。 （ 4）數(shù)控型控制機：在目前數(shù)字控制系統(tǒng)的簡易控制機中，采用單片機可提高可靠性，增強其功能、降 低成本。例如傳真打字機采用單片機 ，可以取代近千個機械器件；縫紉機采用單片機控制，可執(zhí)行多功能自動操作、自動調(diào)速、控制縫紉花樣的選擇。它們無須傳統(tǒng)的開發(fā)裝置，借助計算機和單片機的高性能，實現(xiàn)了真正的在線仿真。 ③提高綜合品質(zhì) 在體系結(jié)構(gòu) (RISC)、電磁兼容性能 (EMC)、開發(fā)環(huán)境 (高級語言支持 ISP、 IAP 等 )、功耗管理等諸方面得到了提高。此外，開本的 NEC 公司、日立公司也都推出了各自具有特色的單片機品種。為滿足不同的要求，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力和多機通信能力的 8 位、 16 位、 32 位通用型單片機，小型廉價型、外圍系 統(tǒng)集成的專用型單片機，以及形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機。 ② 眾多計算機外圍功能集成，如：提供串行擴展總線： SPI、 I2C、 BUS、 Microwire；配置現(xiàn)場總線接口： CAN BUS。 （ 3） 從 SCMC 向 MCU化過渡階段 Intel 公司推出的 MCS96 單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、程序運行監(jiān)視器 (WDT)、脈寬