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(專業(yè)版)

　　

【正文】 這樣處理才能使系統(tǒng)正常的工作。 因此 可以通過程序里對測量的數(shù)據(jù)加以修正就可以減小這個誤差 ，我分析這個誤差是由于在程序執(zhí)行語句時延時大約 6us,有 6us*34000cm/s= 得知正好是兩厘米的誤差。 采用 串行 的方式送入數(shù)據(jù)，用 進行實時顯示。然后在調用顯示子程序，從 液晶屏 顯示出距離。 A3（信息循環(huán)） —— 循環(huán)重放位于存儲空間起始處的那條信息。其時序如圖： 圖 12864液晶 時序圖 由時序圖可見， RS=1 實現(xiàn)寫數(shù)據(jù)操作； RS=實現(xiàn)寫命令操作。公式 : uS/58=厘米或者 uS/148=英寸。一個最小的錄放系統(tǒng)僅由一個麥克風、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源、少數(shù)電阻電容組成。 濟南大學畢業(yè)設計 18 圖 43 超聲波發(fā)射 接收 部分電路（左上角接 口） （ 3）超聲波 溫度補償電路設計 本部分采用 傳感器 DS18B20實時溫度測量，以矯正溫度變化對測量精度的影響。 T1：定時器／計數(shù)器 l 中斷，由 T1 計滿回零引起。由軟件清 “0”關閉定時器 1。 GATE 和軟件控制位 TR、外部 引腳信號 INT 的狀態(tài) ， 共同控制定時器／計數(shù)器的打開或關閉。當 T0 為工作方式 3 時， TH0 和 TL0分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器。 （ 1）工作方式 0： 13 位方式由 TL1 的低 5 位和 TH1 的 8 位構成 13 位計數(shù)器（ TL1的高 3 位無效）。當AT89C52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 P3 口亦作為 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，如 表 所示。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 AT 89C52 單片機的特性 功能特性描述： AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 ISP(In System Programming)和 IAP(In Application Programming)方式是兩種先 進的實時在線開發(fā)方式。其特點是 ： ① 滿足嵌入式應用要求的外圍擴展，如 WDT、 PWM、 ADC、 DAC、高速 I/0 等。 單片機 發(fā)展階段 單片機 的發(fā)展經歷了探索 完善 MCU化 百花齊放四個階段。 若對發(fā)送傳感器內諧振頻率為 40kHz的壓電陶瓷片 (雙晶振子 )施加 40kHz高頻電壓 ， 則壓電陶瓷片就根據(jù)所加高頻電壓極性伸長與縮短 ， 于是發(fā)送 40kHz 頻率的超聲波 ， 其超聲波以疏密形式傳播 (疏密程度可由控制電路調制 )， 其超聲波波形見圖 23所示 。若被檢測物體的檢測面為平面時，則可檢測透明體。 超聲波 特性 （ 1） 空氣溫度的影響 聲波行程時間受氣溫的影響程 程 度為 %/K。 2 超聲波傳感器 超聲波傳感器原理和 特性 超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩， 超聲波在介質中傳播可以有不同形式，它取決于介質可以承受何種作用力以及如何對介質激發(fā)超聲波。 在工業(yè)方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。 給出了以 AT89C52 單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字 倒車雷達 的硬件電路和程序設計方法。 因此，本題以單片機 AT89C52 為核心，利用一對 40 kHz 壓電超聲傳感器設計一款體積較小、精度較高、價格低廉、具有溫度補償、實時語音報警以及液晶顯示距離的超聲波倒車防撞報警系統(tǒng)。 在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。%。若反射面為固定的平面物體，則可用作回歸反射式超聲波傳感器的反射板。 雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型計算機系統(tǒng)的含義。 ① 完善的總線結構： 并行總線： 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線及相應的控制總線，兩個獨立的地址空間；串行總線：通信總線 ，擴展總線。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。 （ 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。 VCC：電源 。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。 T0 由 2 個定時寄存器 TH0 和 TL0 構成， T1 則由 TH1 和 TL1 構成，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。 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)。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。 （ 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。 IT0：外部中斷 0 觸發(fā)方式選擇位。 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。 C 之間。 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。 //外部中斷 0關閉 TR0=0。此外， A4 模式中，當電路由錄轉為放時地址計數(shù)器復位為 0，而由放轉為錄則不復 位。 （ 1）超聲波 發(fā)射 、接收 部分調試 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。 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。先增大了發(fā)射超聲波的功率， 上電測試。 ② 超聲波接收電路采用的是 到 口外部中斷。 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 [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 , 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 .模擬電子技術基礎 (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。 最多可顯示四位數(shù)，測距精度可達 到 1cm。 ② 接收電路的放大倍數(shù)太小，導致測量距離不 夠遠 。 之后 就考慮 數(shù)據(jù)處理時出現(xiàn)問題。 本設計中，語音報警要實現(xiàn)實時并且在報警范圍內循環(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。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。//停止觸發(fā) TR0=1。 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。 ④ 測量溫度范圍在－ 55。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。 IT1：外部中斷 1 觸發(fā)方式選擇位。 MlM0=11：工作方式 3(2 個 8 位方式 僅對 T0)。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。 （ 3）工作方式 2： 8 位自動裝入時間常數(shù)方式。 濟南大學畢業(yè)設計 13 定時器 介紹 定時器／計數(shù)器簡稱定時器，其作用主要包括產生各種時標間隔、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。 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。對 P2 端口寫 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。而測量儀器中的誤差修正、線性化等問題也可迎刃而解。這一時期的特點為： ① 電氣商、半導體商的普遍介入 MCS48 的成功，刺激了許多半導體公司競相研制和發(fā)展自己的單片機系列。MCS51 系列單片機的推出，標志 Single Chip Microputer 體系結構的完善。 單片機的基礎知識 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（可能還包括顯示驅動電路、 脈寬調制 電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器 等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。它與光電傳感器不同，也可以檢測透明體等。 （ 3）空氣壓力的影響 濟南大學畢業(yè)設計 4 在一固定地點，正常情況下 氣壓波動為 177。 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的波。 超聲波是指頻率大于 20 kHz 的在彈性介質中產生的機械震蕩波，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。所以再利用傳感器技術和電子技術相結合的測距方案中，超聲波測距是目前應用最普遍的一種，另外它也廣泛應用于防盜、倒車雷達、水位測量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。當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。任何固體介質當其體積發(fā)生交替變化時均能產生縱波。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。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。 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換成電信號 ， 其波形 見圖 23 所示 ， 傳播介質為空氣。 MCS48 單片機系列的推出標志著在工業(yè)控制領域，進入到智能化嵌入式應用的芯片形態(tài)計算機的探索階段。 ③ CMOS 化，提供功耗管理功能。 ④ C 語言的廣泛支持 單片機普遍支持 C 語言編程，為后來者學習和應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 。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。對 P1 端口寫 “1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 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： 復位輸入。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。 TL1 計滿后，向 THl 進位。 TH0 只能用作定時器，并使用 T1的控制位 TRl、回零標志 TFl 和中斷源。 C/T＝ 1，為計數(shù)器方式； C／ T＝ 0，為定時器方式。 TF0：定時器 0 溢出標志。 4 超聲波測距系統(tǒng)的設計 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。 把溫度測出后， 帶入 公式： C = +（米 /秒） φ為測出的溫度 ，即可測出。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) .僅語音質量優(yōu)勝 ,而且斷電語音保護 。 TH0=0。具體程序詳見附錄。給 /PLAYE 發(fā)低脈沖后循環(huán)開始，給 /PLAYL 發(fā)低脈沖后循環(huán)結束。這說明 液晶屏接觸不良 ， 而程序此時不能判斷是否有誤 。 最終達到較好的效果。程序編寫完畢后 ，上電測試。 （ 3） 整個系統(tǒng)測試， 測試結果表明顯示值與實際值的誤差在 1cm左右，能測量的距離范圍在 70—80 厘米左右，并且在無障礙物時，能顯示（ SAFE）。 ① 超聲波發(fā)射程序采用 nop 語句實現(xiàn)，由于定時器中斷有響應時間，其最大頻率只能達到 。 但是從 測出的距離來看測量值