超聲波語音測距儀的設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 理框圖如圖 所示,超聲波接收探頭放大濾波電路超聲波檢測單片機圖 超聲波接收框圖整體說明：接收電路主要由超聲波接收探頭、放大濾波電路和信號檢測電路構成。超聲波接收換能器將聲波信號轉換成電信號，通過由放大器 LM358 構成的放大濾波電路，將放大后的信號由譯碼器 LM567 檢測信號，再將 LM567 的輸出信號控制單片機的 第 9 頁中斷。1 超聲波接收放大濾波電路超聲波探頭接收到超聲波后通過聲電轉換，產生一正弦信號其頻率為傳感器的中心頻率，即 40kHz。該信號通過 C1 高通濾波后經 LM358 一次放大，再通過 C2 高通濾波后經 LM358 二次放大。電路結構如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22May2022 Sheet of File: D:\主主主主\protel\ Drawn By:LM358output11 VCC 8input1()2 output2 7input1(+)3 input2() 6GND4 input2(+) 5U0LM358C11uFC21uFC3104R3 R622KR422KR72kR5R92kR82kVCCRAUCM40R圖 超聲波接收放大濾波電路 2 超聲波檢測電路檢測電路用于將超聲波信號解調成數字電平信號，調節 R10 使 LM567 內部振蕩頻率為超聲波頻率，即 40KHz。當有超聲波信號輸入時，輸出端 8 由高電平變成低電平，電路結構如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22May2022 Sheet of File: D:\主主主主\protel\ Drawn By:C7104C5104C3104C6152R111KR92kR1020kVCC1122IN3VCC4 5 56 6GND 7OUT 8LM567U1LM567+P32圖 超聲波檢測電路由于超聲波經過放大濾波后的信號是正弦波疊加信號，單片機所能識別的中斷響 第 10 頁應信號是下降沿脈沖信號，故 LM567 的主要功能是將一定頻率的正弦信號轉換成低脈沖信號，并用此信號控制單片機中斷，從而獲得超聲波傳播時間，原理圖如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22May2022 Sheet of File: D:\主主主主\protel\ Drawn By:LM358output11 VCC 8input1()2 output2 7input1(+)3 input2() 6GND4 input2(+) 5U0LM358C11uFC21uFC7104C5104C3104C6152R3 R111KR622KR422KR72kR5R92kR82kR1020kVCCRAUCM40R1122IN3VCC4 5 56 6GND 7OUT 8LM567U1LM567+C4P32圖 超聲波接收檢測電路 溫度檢測電路設計超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發射和接收回波的時間差,然后求出距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速與溫度有關，表 列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。表 超聲波速與溫度的關系溫度（℃） －30 －20 －10 0 10 20 30 100聲速（m/s） 313 319 325 333 338 344 349 386目前，大多數溫度測控系統在檢測溫度時，都采用溫度傳感器將溫度轉化為電量，經信號放大電路放大到適當的范圍，再由 A/D 轉換器轉換成數字量來完成。這種電路結構復雜，調試繁雜，精度易受元器件參數的影響。為此，利用線性數字溫度計即集成溫度傳感器 DS18B20 和單片機，構成一個高精度的數字溫度檢測系統。DS18B20 數字式溫度傳感器與傳統的熱敏電阻溫度傳感器不同，能夠直接讀出被測溫度值，并且可根據實際要求，通過簡單的編程，實現 9～12 位的 A/D 轉換。因而，使用 DS18B20 可使系統結構更簡單，同時可靠性更高。溫度測量范圍從55～+125℃，在10～+85℃檢 第 11 頁測誤差不超過 ℃，而在整個溫度測量范圍內具有177。2℃的測量精度，其電路連接如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN um be r Re v isionSizeBD a t e : 22 M a y 2 011 She e t of File : D :\主 主 主 主 \pro te l\M y D e sig db D ra w n By :R13500V c c3 Q D2G N D1U 3D S1 8B20V C CP 25圖 DS18B20 溫度檢測電路溫度的讀取：DS18B20 在出廠時以配置為 12 位，讀取溫度時共讀取 16 位，所以把后 11 位的 2 進制轉化為 10 進制后在乘以 便為所測的溫度，還需要判斷正負。前 5 個數字為符號位，當前 5 位為 1 時，讀取的溫度為負數；當前 5 位為 0 時，讀取的溫度為正數。16 位數字擺放是從低位到高位注意：在外部供電的方式下，DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是 85℃。根據 DS18B20 的通訊協議，主機（單片機）控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行 復位操作，復位成功后發送一條 ROM 指令，最后發送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。復位要求主 CPU 將數據線下拉 500 微秒，然后釋放，當 DS18B20 收到信號后等待16～60 微秒左右，后發出 60～240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復位成功。 語音電路設計語音系統主要由語音芯片 ISD2590 系統語音電路采用 ISD2590 專用語音芯片。電路連接如圖 所示。為了實現語音報數，需將語音元素 （“0～9”、“點”、“米”、“距離為”、“測量超出范圍”）錄入 ISD2590 語音芯片中。如果有專業的ISD 語音開發設備，則使用專業的 ISD 語音開發設備錄取語音；如果沒有專業的 ISD 語音開發設備，可設計使用按鍵式語音錄音電路，分段錄取語音。ISD2590 的地址分辨率為 秒,利用地址分辨率可分配各個語音段的首地址。本系統系統已將語音分成 14段錄入 ISD2590 語音芯片中，各段具體的首地址如表 所示：表 語音元素首地址段號 0 1 2 3 4 5 6 7語音元素 0 1 2 3 4 5 6 7首地址 020H 040H 060H 080H 0A0H 0C0H 0E0H 100H段號 8 8 A B C D 第 12 頁語音元素 8 9 點 米 距離為 超出測距范圍首地址 120H 140H 160H 180H 1A0H 1D0H1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 26May2022 Sheet of File: D:\主主主主\protel\ Drawn By:C19C11+C1047uFA01 A12A23 A34A45 A56A67 A78A89 A910P/R27 EOM25PD24 CE23OVF22AGC 19VCCA 16VCCD 28ANA OUT 21ANA IN 20SP 15SP+ 14VSSA 13VSSD 12XCLK 26MICREF 18MIC 17AVX IN 11U4ISD2590Gain1Input2+Input3GND4Gain 5Bypass 6VCC 7Output 8LM386U5LM386+C1510uFC16C18C13C21R2110KR221KR14470KR2022KR181KR191KR161KR151KVCC+ C141uF+ C20220uF+C17220uFspkSPR1710KVCCMICMICREFMICMICMICREFVCCP10P11P12P13P14P15P16P17P26VCC P27P30P31圖 語音系統電路編程時將每一段語音的首地址集合起來，編成地址表存放到 AT89C51 中。當系統計算出測量結果時，通過軟件查表的方式查出與測量值相對應的語音首地址，送入ISD2590 的地址輸入端。系統采用查詢 EOM 電平的方法來實現語音放音，語音放音的過程如下：（1）節電控制 PD 端置為低電平，使 ISD2590 正常工作。（2）錄放控制 P/R 端置高，使 ISD2590 為放音狀態。（3）第一個語音的首地址送 ISD2590 的地址輸入端。（4）片選 CE 端加一個的低脈沖，芯片就會從指定的起始地址播放語音，遇到內部的信息結束標志 E0M，且 E0M 負脈沖結束時停止放音。（5）查詢到 E0M 脈沖的上升沿后，節電控制 PD 端置高。（6）延時 TB（兩個語音之間的時間間隔）后，節電控制 PD 端置為低電平，錄放控制P/R 端置高，第二個語音的首地址送 ISD2590 的地址輸入端。同樣的方法可放完的所有語音。語音電信號從 ISD2590 的 SP+、SP輸出后送入LM386 放大，最后由揚聲器播報測量值。 顯示模塊電路設計LED（LightEmitting Diode，發光二極管）有七段和八段之分，也有共陰和共陽 第 13 頁兩種。LED 數碼管結構簡單，價格便宜。圖 示出了八段 LED 數碼顯示管的結構和原理圖。圖 （a）為八段共陰數碼顯示管結構圖，圖 （b）是它的原理圖，圖（c）為八段共陽 LED 顯示管原理圖。八段 LED 顯示管由八只發光二極管組成，編號是 a、b、c、d、e、f、g 和 SP，分別與同名管腳相連。七段 LED 顯示管比八段 LED少一只發光二極管 SP，其他與八段相同。圖 八段 LED 數碼顯示管原理和結構單片機對 LED 管的顯示可以分為靜態和動態兩種。靜態顯示的特點是各 LED 管能穩定地同時顯示各自字形；動態顯示是指各 LED 輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們由于視覺器官惰性，從而看到的是各 LED 似乎在同時顯示不同字形。為了減少硬件開銷，提高系統可靠性并降低成本，單片機控制系統通常采用動態掃描顯示。本單元電路采用 3 位共陰極數碼管，顯示字符由單片機 P0 口送至鎖存器74HC573，再由鎖存器將顯示字符送至數碼管顯示。電路圖如圖 所示：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 22May2022 Sheet of File: D:\主主主主\protel\ Drawn By:P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22OC1 C111D2 2D33D4 4D55D