超聲波測(cè)距與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出一個(gè)方波信號(hào)，并使觸發(fā)器觸發(fā)，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。在中斷服務(wù)程序中，讀取計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，結(jié)合溫度補(bǔ)償后的聲速計(jì)算出測(cè)距儀距離障礙物的距離。圖36超聲波接收電路圖 DSB18B20溫度傳感器 實(shí)物與引腳定義 圖37 DS18B20實(shí)物圖表31 DS18B20各引腳描述管腳號(hào)符號(hào)功 能1GND電源地2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出3VDD電源可選DS18B20數(shù)字溫度計(jì)以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值，通過一根單線接口發(fā)送和接收信息，因此在單片機(jī)和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。 DS18B20主要特性獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布應(yīng)用 無需外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電 零待機(jī)功耗 測(cè)溫范圍55℃～+125℃。華氏器件67℉～+257℉，℉遞增溫度以9位數(shù)字量讀出溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時(shí)間200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件應(yīng)用包括溫度控制工業(yè)系統(tǒng)消費(fèi)品溫度計(jì)或任何熱感測(cè)系統(tǒng)圖38與單片機(jī)連接圖ISD1700 系列芯片是華邦公司新推出的單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，該芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（vAlert ）,雙運(yùn)作模式（獨(dú)立amp。嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動(dòng)增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等的全方位整合系統(tǒng)功能。 特點(diǎn)： 可錄、放音十萬次，存儲(chǔ)內(nèi)容可以斷電保留一百年。 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式 可處理多達(dá)255段以上信息 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 多種采樣頻率對(duì)應(yīng)多種錄放時(shí)間 音質(zhì)好，電壓范圍寬，應(yīng)用靈活，價(jià)廉物美 電特性： 工作電壓：,最高不能超過6V 靜態(tài)電流： 1 μA 工作電流：20mA 用戶可利用震蕩電阻來自定芯片的采樣頻率，芯片的采樣率可以通過外部振蕩電阻來調(diào)節(jié)：表32 采樣頻率與振蕩電阻的關(guān)系采樣頻率12KHz8KHz4KHz振蕩電阻60kΩ80kΩ100kΩ120kΩ160kΩ主控單片機(jī)主要通過四線（SCLK ，MOSI，MISO，/SS ）SPI協(xié)議對(duì)ISD1730 進(jìn)行串行通信。ISD1730 作為從機(jī)，幾乎所有的操作都可以通過這個(gè)SPI協(xié)議來完成。為了兼容獨(dú)立按鍵模式，一些SPI命令：PLAY ，REC，ERASE，F(xiàn)WD，RESET和GLOBAL_ERASE的運(yùn)行類似于相應(yīng)的獨(dú)立按鍵模式的操作。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的開始和結(jié)束地址。此外，還有一些命令可以訪問APC寄存器，用來設(shè)置芯片模擬輸入的方式。 微機(jī)接口 主控單片機(jī)主要通過四線（SCLK ，MOSI，MISO，/SS ）SPI協(xié)議對(duì)ISD1700 進(jìn)行串行通信。ISD1700 作為從機(jī)，幾乎所有的操作都可以通過這個(gè)SPI協(xié)議來完成。為了兼容獨(dú)立按鍵模式，一些SPI命令：PLAY ，REC，ERASE，F(xiàn)WD，RESET和GLOBAL_ERASE的運(yùn)行類似于相應(yīng)的獨(dú)立按鍵模式的操作。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的開始和結(jié)束地址。此外，還有一些命令可以訪問APC寄存器，用來設(shè)置芯片模擬輸入的方式。 ISD1700 系列的SPI串行接口操作遵照以下協(xié)議： ．一個(gè)SPI處理開始于/SS 管腳的下降沿。 ．在一個(gè)完整的SPI指令傳輸周期，/SS 管腳必須保持低電平。 ．?dāng)?shù)據(jù)在SCLK 的上升沿鎖存在芯片的MOSI管腳，在SCLK 的下降沿從MISO管腳輸出，并且首先移出低位。 ．SPI指令操作碼包括命令字節(jié)，數(shù)據(jù)字節(jié)和地址字節(jié)，這決定于1700的指令類型 ．當(dāng)命令字及地址數(shù)據(jù)輸入到MOSI管腳時(shí)，同時(shí)狀態(tài)寄存器和當(dāng)前行地址信息從MISO管腳移出。 . 一個(gè)SPI處理在/SS 變高后啟動(dòng)。 . 在完成一個(gè)SPI命令的操作后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)中斷信息，并且持續(xù)保持為低，直到芯片收到CLR_INT命令或者芯片復(fù)位。 圖39 語音播報(bào)電路數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。在本次設(shè)計(jì)中，我們選用P0口作為‘段碼’，連接SM410564‘a(chǎn),b,c,d,e,f,g,dp’，每一段的亮滅。~‘位碼’，即連接SM410564的‘S1，S2，S3，S4’分別控制每一位的亮滅。‘S1，S2，S3，S4’相當(dāng)于是每一段的COM端，由于是共陽極，只有某一位對(duì)應(yīng)的COM端為‘1’時(shí)，所送的‘段碼’對(duì)該端來說才是有效的。圖310 顯示電路圖電子信息工程系畢業(yè)論文第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、超聲波發(fā)生程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測(cè)距儀的程序需要有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），所以控制程序可采用C語言編程。 超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時(shí)刻發(fā)出一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)超聲波遇到被測(cè)物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。距離的計(jì)算公式為：L=s/2=(ct)/2 其中，L為被測(cè)物與測(cè)距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時(shí)間。在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。 主程序流程圖軟件分為兩部分，主程序和中斷服務(wù)程序，如圖4圖4圖43所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成單方向超聲波的發(fā)射，外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā)，（這也就是超聲波測(cè)距會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因）后，才打開外中斷1接收返回的超聲波信號(hào)。圖41主程序流程由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時(shí)間）按式（41）計(jì)算，即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有：d=(ct)/2=172T0/10000cm 其中，T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。測(cè)出距離后結(jié)果將傳給LCD數(shù)碼顯示約5s，同時(shí)測(cè)量距離送語音模塊播報(bào)。然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過程。為了有利于程序結(jié)構(gòu)化和容易計(jì)算出距離，主程序采用C語言編寫。 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 （頻率約40kHz的方波），脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單，但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確。圖42 定時(shí)中斷服務(wù)子程圖43 外部中斷服務(wù)子程序超聲波測(cè)距主程序利用外中斷1檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。 語音模塊子程序設(shè)所測(cè)量距離值為S=135cm,分別得到百位值、分位值、個(gè)位值，調(diào)用函數(shù)ISD_SET_PLAY進(jìn)行組合播放語音，本例所播放的語音為“1點(diǎn)35米”流程圖如下： 圖 44 語音播報(bào)流程圖相關(guān)源程序代碼如下： bai1=S%1000/100。shi1=S%100/10。 ge1=S%10。 ISD_SET_PLAY(add1[bai1],0,add2[bai1],0)。 delay1(100)。//播放語音片段“1” ISD_SET_PLAY(add1[10],0,add2[10],0)。 delay1(100)。 //播放語音片段“點(diǎn)” ISD_SET_PLAY(add1[shi1],0,add2[shi1],0)。 delay1(100)。 //播放語音片段“3” ISD_SET_PLAY(add1[ge1],0,add2[ge1],0)。delay1(100)。 //播放語音片段“5” ISD_SET_PLAY(add1[11],0,add2[11],0)。 delay1(100)。 // 播放語音片段“米”第五章 溫度補(bǔ)償采用超聲波測(cè)量距離的方法，實(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際波速數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)，減小溫度對(duì)測(cè)距產(chǎn)生的誤差，最終由數(shù)碼管顯示所測(cè)距離，測(cè)量范圍為7cm~1m,誤差177。2cm。 設(shè)計(jì)方案超聲波傳聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、行能可靠、成本低、易集成，因此常用超聲波測(cè)距。在常溫下，超聲波的傳播速度為340m/s，但其傳播速度V易受到空氣中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素的影響，其中溫度的影響最大。一般溫度每升高1攝氏度。表1為超聲波在不同溫度下的波速值。表51 一些溫度下聲速溫度T/℃3020100102030聲速v/ms1313319322331337344350