通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-用超聲波實(shí)現(xiàn)智能小車中的探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧在線文庫(kù)

　　

【正文】 單片機(jī)又稱 單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成 到一個(gè)芯片上。 圖 24 超聲波傳感器的系統(tǒng)構(gòu)成圖 此 系統(tǒng)由單片機(jī) （ AT89C52） 控制，超聲波傳感器采用收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T和一支超聲波接收換能器 TCT40－ 16R。 這種超聲波傳感器可用脈沖市制的超聲波替代光電傳感器的光，因此，可檢測(cè)透明的物體。 （ 2）限定范圍式超聲波傳感器的檢測(cè)方式 在距離設(shè)定范圍內(nèi)放置的反射板碰到發(fā)送的超聲波束時(shí)，則被檢測(cè)物體遮擋反射濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 板的正常反射波，若檢測(cè)到反射板的反射波衰減或遮擋情況，就能判斷有無(wú)物體通過(guò)。在 使用中，只有靠近被測(cè)物表面的幾厘米的氣流 才 有可能大于 20km/h，且垂直于測(cè)量方向， 因此 對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可忽略。一般來(lái)說(shuō)溫度越高， 聲波中心頻率越低，因此 此，在寬范圍環(huán)境溫度下使用時(shí)，不僅在外部 進(jìn)行溫度補(bǔ)償，在傳感器內(nèi)部也要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 測(cè)試 原理 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 超聲波探測(cè)設(shè)備中發(fā)射端與接收端位置示意圖 通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。 橫波波型：當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方 向與超聲波垂直時(shí)，此種超聲波為橫波波型。最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 在以后 的 發(fā)展 中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏 度的超聲波傳感器。 關(guān)鍵詞 ： 超聲波 ； 倒車?yán)走_(dá)； 單片機(jī) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I ABSTRACT Smart car has many advantages than people in fire rescue and other harsh environment, so the research and design an intelligent devices to replace the people have the potential value of their research and applications. The detection system in Smart car is realized by Ultrasonic method. Ultrasonic wave has strong pointing to nature, slowly energy consumption, propagating distance farther, so， in ultilizing the scheme of distance finding that sensor technology and electronic technology bine together, ultrasonic wave finds range to use the most general one at present. Additional, it also applies to guard angainst theft, move backward the radar, water lever measuring, building construction site and some industrial scenes extensively. This subject has intruduced principle and characteristic of the ultrasonic sensor in detail, and the performance and characteristic of Micro Controller Unit AT89C52 of Atmel Company, and on the basis of analyzing principle that ultrasonic wave finds range,the systematic thinking and questions needed to consider that have pointed out that designs and finds range. It provide low cost, the hardware circuit of high accuracy, ultrasonic range finder of miniature digital display and software design method taking AT89C52 as the core. This circuit of system is reasonable in design, working stability, performance good measuring speeding soon, calculating simple, apt to acplish realtime control, and can reach industry’s practical demand in measuring the precision. Key words : Ultrasonic wave； Micro Controller Unit； Range finding 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘要 .................................................................................................................................. 1 ABSTRACT .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。智能小車中的探測(cè)系統(tǒng)用超聲波的方法實(shí)現(xiàn)，超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在 生活生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、國(guó)防 等方面。 在生產(chǎn)生活中，很多場(chǎng)合如汽車倒車、機(jī)器人避障、工業(yè)測(cè)井、水庫(kù)液位測(cè)量等需要自動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)距。 預(yù)期 設(shè)計(jì) 結(jié)果 利用 AT89C52 單片機(jī)作為主控制器，結(jié)合超聲波測(cè)距原理，實(shí)現(xiàn)倒車防撞報(bào)警的功能，并且要實(shí)現(xiàn)在車內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)的顯示距離障礙物的距離，提醒駕駛員在倒車時(shí)能有效地避開可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人， 實(shí)時(shí)顯示距離 ,以及語(yǔ)音報(bào)警功能提示駕駛員 ， .測(cè)距范圍 在 10CM300CM， 最后 進(jìn)行系統(tǒng)硬件和軟硬件實(shí)現(xiàn)。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2。實(shí)際中，空氣濕度變化不會(huì)如此大， 因此 此影響一般小于 1%。 圖 22 傳感器的方向性 超聲波傳感器 好壞 的檢測(cè) 首先給超聲波傳感器發(fā)射端加上一個(gè) 40kHZ 的方波，并用示波器觀察波形頻率是否正常，如果正常，再將超聲波傳感器接收端對(duì)準(zhǔn)發(fā)射端，此時(shí)將示波器接到接收端，觀察接收端波形，接收端波形如果是 40kHZ的正弦波（幅度在 mV 級(jí)），移開發(fā)射端，波形 緊 隨 消失，則說(shuō)明超聲波傳感器是好的。這種方式的檢測(cè)距離約 1m， 作為標(biāo)準(zhǔn)被檢測(cè)物體使用 100mm100mm的方形板。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成 ， 換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超聲波能量并向空中幅射 。 3 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 本課題所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的，在介紹電路設(shè)計(jì)之前，我們先來(lái)了解一下單片機(jī)的工作原理，由于本課題采用 Atmel 公司的 AT89C52 單片機(jī)，故在本章將介紹 AT89C52 的特性。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 （ 2）結(jié)構(gòu)體系的完善階段 時(shí)序電路 CPU 總線 控制 邏輯 總 線 存儲(chǔ)器 I/O接口 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 在 MCS48 探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS5l。 MCS51 單片機(jī)系 列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散，許多電氣商競(jìng)相使用80C51 為核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中；隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng)，強(qiáng)化了智能控制器特征?？梢哉f(shuō) ， 單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)人了百 花齊放的時(shí)代，為用戶的選擇提供了空間。根據(jù)控制單元設(shè)計(jì)的方式與采用的技術(shù)不同，目前市場(chǎng)上的這些 單片機(jī)可區(qū)分為兩大類型：繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC 架構(gòu) )和精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) (RISC 架構(gòu) )。 （ 2）智能儀表：用單片機(jī)微處理器改 良原有的測(cè)量、控制儀表，能使儀表數(shù) 字化、智能化、多功能化、綜合化。如在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機(jī)對(duì)模擬，數(shù)字轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理，如數(shù)字濾波、線性化處理、誤差修正等?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻 。 P2 口： P2 口是一個(gè)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(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位 高電平有效 。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 工作方式： T0 或 T1 無(wú)論用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器都有 4 種工作方式：方式 0、方式方式 2 和方式 3。與工作方式 0 基本相同，區(qū)別僅在于工作方式 1的計(jì)數(shù)器 TL1 和 TH1 組成 16 位計(jì)數(shù)器，從而比工作方式 0 有更寬的定時(shí) /計(jì)數(shù)范圍。工作方式 3 只適用于定時(shí)器 0。這時(shí)， 可把定時(shí)器 l 用于工作方式 2，把定時(shí)器 0 用于工作方式 3 下才可能使用。 TMOD 的格式如下表 所示 。 M1M0＝ 10：工作方式 2(8 位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式 )。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng) 清 “0”，在查詢方式下用軟件清 “0”。 IE1：外部中斷 1 請(qǐng)求標(biāo)志。 INT1：外部中斷 1，由 P3． 3 端口線引入，低電平或下跳沿引起。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī) AT89C52 控制，超聲波傳感 器采用濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T 和一支超聲波接收換能器TCT40－ 16R。 電氣參數(shù)： 電氣參數(shù) DYPME007 超聲波模塊 工作電壓 DC 5V 工作電流 15mA 工作頻率 40Hz 最遠(yuǎn)射程 最近射程 3cm 輸入觸發(fā)信號(hào) 10uS 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào)輸出 TTL 電平信號(hào)，與射程成比例 模塊接線 ： 圖 43 為超聲波測(cè)距模塊的接腳圖，使用上只需要 5V 電源供應(yīng)、 0V 地線連接、觸發(fā)信號(hào)輸入、與回響信號(hào)輸出等四支接腳。 ③ 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 （ 5）系統(tǒng) 語(yǔ)音報(bào)警電路設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 本部分采用 ISD1420 語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如圖 所示?；仨懶盘?hào)是一個(gè)脈沖的寬度成正比的距離對(duì)象。//延時(shí) 10us trig=0。此處為方便起見可以從 0 地址初開始錄入。操作模式可由微控制器，也可由硬件實(shí)現(xiàn)。此模式僅用于放音，通常與 A4 同時(shí)使用 A1（ EOM 刪除） —— 使分段信息變?yōu)橐粭l信息，僅在信息最后留一個(gè) EOM 標(biāo)志。 本模塊按照上圖焊接完成，在焊接初期首先實(shí)現(xiàn)了音頻的錄放功能，并且順利通過(guò)，此部分沒有問(wèn)題。 然后通過(guò)式 S= 計(jì)算出當(dāng)前距離 。 更改后程序經(jīng)編譯沒有錯(cuò)誤后，上電測(cè)試，發(fā)現(xiàn) 燈亮， 程序能夠正常進(jìn)入中斷，說(shuō)明外部中斷正常。 再加入溫度補(bǔ)償算法后精度得到了提高 。 這 里 首先考慮到的問(wèn)題是 ： ① 發(fā)射頭的發(fā)射功 率 不夠大 ，導(dǎo)致測(cè)量距離較近。 但是從 測(cè)出的距離來(lái)看測(cè)量值與實(shí)際值還有一定的誤差。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 結(jié) 論 （ 1） 硬件部分電路采用了超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路， 語(yǔ)音報(bào)警電路，液晶 顯示電路 等構(gòu)成 。 ① 超聲波發(fā)射程序采用 nop 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，由于定時(shí)器中斷有響應(yīng)時(shí)間，其最大頻率只能達(dá)到 。這樣測(cè)量的距離就能達(dá)到更遠(yuǎn)。 （ 3） 整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果表明顯示值與實(shí)際值的誤差在 1cm左右，能測(cè)量的距離范圍在 70—80 厘米左右，并且在無(wú)障礙物時(shí)，能顯示（ SAFE）。 這樣由于沒有濾波電路在與其他電路一同工作時(shí)，可能對(duì)此電路產(chǎn)生干擾，因此在智能小車中這部分電路應(yīng)采用 CX20216 來(lái)實(shí)現(xiàn)， CX20216 中有放大電路，濾波電路等一系列信號(hào)處理電路，如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)就可以達(dá)到較高的靈敏度，測(cè)量距離也會(huì)較遠(yuǎn)，抗干擾能力也較強(qiáng)。程序編寫完畢后 ，上電測(cè)試。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與上表差不多 ，依然在 30 厘米以上時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 最終達(dá)到較好的效果。 把數(shù)據(jù)擴(kuò)大相應(yīng)的倍數(shù)后，避免了數(shù)據(jù)類型的問(wèn)題 ，上電測(cè)試， 順利通過(guò) 。這說(shuō)明 液