通信工程畢業(yè)設(shè)計-用超聲波實現(xiàn)智能小車中的探測系統(tǒng)設(shè)計(完整版)

　　

【正文】 晶屏接觸不良 ， 而程序此時不能判斷是否有誤 。 此過程考 主 慮了兩種實 現(xiàn)方案，即通過 循環(huán)檢測法來接收返濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 回信息，此法占用大量單片機運算空間時間，對有限的資源來說是一種很大的浪費；第二種方法采用中斷來檢測，不僅節(jié)約資源，而且可以達到時時監(jiān)測，準確度得到了大大的提高。給 /PLAYE 發(fā)低脈沖后循環(huán)開始，給 /PLAYL 發(fā)低脈沖后循環(huán)結(jié)束。（ 2）當(dāng)控制信號（ /PLAYL、 /PLAYE 或 /REC）變低，同時 A6 和 A7 為高時，執(zhí)行操作模式。具體程序詳見附錄。//停止計時 distance=(TH0*256+TL0)*((f_temp*+)/2021)。 TH0=0。 進入主程序 主程序中是主循環(huán)不斷發(fā)射超聲波 外部中斷回波接收成功 關(guān)總中斷，調(diào)用顯示程序 在主程序中顯示距離 控制語音報警電路 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 圖 45超聲波模塊時序圖 該超聲波模塊時序圖如圖 45 所示。利用它，語音和音頻信號被直接存儲，以其原本的模擬形式進入 EEPROM 存儲器 .直接模擬存儲允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn) .僅語音質(zhì)量優(yōu)勝 ,而且斷電語音保護 。 ⑤ 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 把溫度測出后， 帶入 公式： C = +（米 /秒） φ為測出的溫度 ，即可測出。該電路考慮到用電池供電，故采用7805 三端穩(wěn)壓器，構(gòu)成穩(wěn)壓電路，并有電源指示燈，便于檢查電路故障。 4 超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計 超聲波 測距的基 本 原理 諧振頻率高于 20 kHz 的聲波被稱為超聲波。 TCON 中低 4 位與中斷有關(guān)，我們將在下節(jié)課講中斷時再給予講解。 TF0：定時器 0 溢出標(biāo)志。 （ 3） TCON 的格式如 表 所示。 C/T＝ 1，為計數(shù)器方式； C／ T＝ 0，為定時器方式。 控制寄存器： 定時器／計數(shù)器 T0 和 T1 有 2 個控制寄存器 TMOD 和 TCON，它們分別用來設(shè)置各個定時器／計數(shù)器的工作方式，選擇定時或計數(shù)功能，控制啟動運行，以及作為運行狀態(tài)的標(biāo)志等。 TH0 只能用作定時器，并使用 T1的控制位 TRl、回零標(biāo)志 TFl 和中斷源。所以，工作方式 2 是一種自動裝入時間常數(shù)的 8 位計數(shù)器方式。 TL1 計滿后，向 THl 進位。作定時器時，每一個機器周期定時寄存器自動加 l，所以定時器也可看作是 計量機器周期的計數(shù)器。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。 表 P3口部分引腳的第二功能 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST： 復(fù)位輸入。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。例如在兩坐標(biāo)的連續(xù)控制系統(tǒng)中，用 805l 單片機微處理器組成的系統(tǒng)代替 Z80 組臺系統(tǒng)，在完成同樣功能的條件下 ， 其程序長度可減少 50％，提高了執(zhí)行速度。 ④ C 語言的廣泛支持 單片機普遍支持 C 語言編程，為后來者學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機提供了方便；高級語 言減少了選型障礙，便于程序的優(yōu)化、升級和交流 。 ② 大力發(fā)展專用單片機 通用型與專用型是按某一型號單片機適用范圍區(qū)分的。 ③ CMOS 化，提供功耗管理功能。 ②完善的指令系統(tǒng)： 具有很強的位處理功能和邏輯控制功能，以滿足工業(yè)控制等方面的需要；功能單 元的 SFR(特殊功能寄存器 )集中管理。 MCS48 單片機系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域，進入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計算機的探索階段。單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 智能小車撿測障礙 物 距離 糸統(tǒng)超聲換能器的工作方式為反射式 ， 即發(fā)送傳感器換能器發(fā)射 40kHz 頻率的超聲波 ， 遇到障礙后反射被接收傳感器的換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號 ， 其波形 見圖 23 所示 ， 傳播介質(zhì)為空氣。另外，光電傳感器所用的反射板同樣也可以用于這種超聲 波傳感器。若被檢測物體不是平面形狀 ， 實際使用超聲波傳感器時一定要確認是否能檢測到被測物體。 （ 4）氣流的影響 當(dāng)風(fēng)速大于 50 千米 /時 ，聲波速度及方向 改變會大于 3%。但如果選用的超聲波傳感器中有溫度補償功能，這個 影響可忽略不計。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報警 器、自動門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測距、液位或料位傳感器；反射型用于材料探傷、測厚傳感器等。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。 設(shè)計內(nèi) 容 設(shè)計內(nèi)容 分析 本課題采用 AT89C52 單片機和壓電超聲波傳感器以及相應(yīng)的外圍電路，通過單片機中的計數(shù)器和外部中斷信號調(diào)用 子程序測算障礙物距離從而進一步控制智能小濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 車中的制動系統(tǒng)。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上， “ 悄無聲息 ” 地探測人們所需要的信號。該系統(tǒng)電路設(shè)計合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測速度快、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求。所以再利用傳感器技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，超聲波測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，另外它也廣泛應(yīng)用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。超聲波距離傳感器可以廣泛 應(yīng)用在物 體位置（液位）監(jiān)測、機器人防撞、各種超聲波接近開關(guān)、 以及防盜報警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角 小，靈敏度 很 高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。 超聲波是指頻率大于 20 kHz 的在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的機械震蕩波，其具有指向性強、能量消耗緩慢 、傳播距離相對較遠等特點 ，因此常被用于非接觸測距。 對于超聲波測距系統(tǒng)的實現(xiàn)采用 c 語言，能達到一定的精確度（可達到 1cm左右），能實時顯示后方障礙物距離，且價格低廉，報警效果好。 表面波波型：是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。 把超聲波傳感器安裝在 適當(dāng) 的位置（如圖 ），對準被測物方向發(fā)射超聲波，就可測量物體表面到 傳感器的距離。 （ 3）空氣壓力的影響 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 在一固定地點，正常情況下 氣壓波動為 177。 超聲波傳感器檢測物體的方式 （ 1） 限定距離式超聲波傳感器的檢測方式 當(dāng)發(fā)送 超聲波束碰到被檢測物體時，僅檢測電位器設(shè)定距離內(nèi)物體反射波的方式，從而判斷在設(shè)定距離內(nèi)有無物體通過。它與光電傳感器不同，也可以檢測透明體等。而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路 組成 ， 換能器接收超聲波產(chǎn)生機械振動 ， 將其變換成電能量 ， 作為傳感器接收器的輸出 ， 從而對發(fā)送的超聲波進行檢測 .而實際使用中 ， 用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子 .控制部分主要對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制 。 單片機的基礎(chǔ)知識 所謂單片機， 就 是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。MCS51 系列單片機的推出，標(biāo)志 Single Chip Microputer 體系結(jié)構(gòu)的完善。微控制器(Microcontrollers)成為單片機較為準確表達的名詞。這一時期的特點為： ① 電氣商、半導(dǎo)體商的普遍介入 MCS48 的成功，刺激了許多半導(dǎo)體公司競相研制和發(fā)展自己的單片機系列。繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC)的特點是指 令 數(shù)量多，尋址方式豐富，較適合初學(xué)者系統(tǒng)學(xué)習(xí)，如 INTEL 的 80C51 或 80C19 MC68K；而精簡指令集結(jié)構(gòu) (RISC)具有較少的指令與尋址模式，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，執(zhí)行程序的速度較快，成為單片機的后起之秀，如 PIC、 EM78XXX 和 Z86HCXX。而測量儀器中的誤差修正、線性化等問題也可迎刃而解。在通信接口中采用單片機可對數(shù)據(jù)進行編碼譯碼、分配管理、接收 /發(fā)送控制等。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN： 外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 定時器 介紹 定時器／計數(shù)器簡稱定時器，其作用主要包括產(chǎn)生各種時標(biāo)間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是微機中最常用、最基本的部件之一。除方式 3 外， T0 和 T1 有完全相同的工作狀態(tài)。 （ 3）工作方式 2： 8 位自動裝入時間常數(shù)方式。如果使定時器1 為工作方式 3，則定時器 1 將處于關(guān)閉狀態(tài)。這時， T1 往往用作串行口波特率發(fā)生器， TH0 用作定時器， TL0 作為定時器或計數(shù)器。 表 定時器方式控制寄存器 TMOD 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TMOD （ 89H） GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 定時器 1 定時器 0 由表 可見， TMOD 的高 4 位用于 T1，低 4 使用于 T0， 4 種符號的含義如下： GATE：門控制位。 MlM0=11：工作方式 3(2 個 8 位方式 僅對 T0)。TR1：定時器 1 運行控制位。 IT1：外部中斷 1 觸發(fā)方式選擇位。 T0：定時器／計數(shù)器 0 中斷，由 T0 計滿回零引起。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。 (開關(guān)信號輸出端是按客戶要求設(shè)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。 ④ 測量溫度范圍在－ 55。 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 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(shè)計： 本設(shè)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。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。//停止觸發(fā) TR0=1。 （ 5） 顯示程序設(shè)計 本部分采用 12864 串行發(fā)送方式并顯示，主要顯示當(dāng)前溫度和目前車離障礙物的距離，以協(xié)助司機安全倒車。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。這個模式完成 后，錄入的所有信息就作為一條連續(xù)的信息。 本設(shè)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(fù)雜的軟件程序。其中 t 為定時器轉(zhuǎn)化成秒的值。 之后 就考慮 數(shù)據(jù)處理時出現(xiàn)問題。 （ 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 。 ② 接收電路的放大倍數(shù)太小，導(dǎo)致測量距離不 夠遠 。 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。 最多可顯示四位數(shù)，測距精度可達 到 1cm。 ② 外部中斷子程序在對定時器計數(shù)值處理時應(yīng)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)。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(xué)出版社 , 2021:2746 [4] 譚洪濤 , 張學(xué)平 . 單片機設(shè)計測距儀原理及其簡單應(yīng)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(yīng)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)