超聲波測距離在汽車上的應用(doc畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9～12位的數字值讀數方式。 內完成9 位和12 位的數字量，而且從DS18B20 讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性更高。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18B20有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20具有下列主要特性：(1) 獨特的單線接口方式: DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20 的雙向通訊。(2) 在使用中不需要任何外圍元件。(3) 可用數據線供電, 電壓范圍: + ～+ 。(4) 測溫范圍: 55～ + 125 ℃。 ℃。(5) 通過編程可實現9～ 12 位的數字讀數方式。(6) 用戶可自設定非易失性的報警上下限值。(7) 支持多點組網功能, 多個DS18B20 可以并聯在惟一的三線上, 實現多點測溫。(8) 負壓特性, 電源極性接反時, 溫度計不會因發熱而燒毀, 但不能正常工作。DS18B20采用3腳PR235封裝或8腳SOIC封裝,管腳排列如圖312所示。圖中GND為地 ,DQ為數據輸入/輸出腳(單線接口,可作寄生供電),VDD為電源電壓。圖312 DS18B20的管腳排列DS18B20 內部結構如圖313所示。它主要由 64位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器組成。圖313 DS18B20內部結構圖激光ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該 DS18B20自身的序列號，最后8 位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC碼）。光刻 ROM 的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，用16 位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供以 5℃/LSB 形式表達，例如+125℃的數字輸出為 07D0H，+ 5℃的數字輸出為 0191H， 5℃的數字輸出為 FF6FH，55℃的數字輸出為FC90H，如表32所列。表32 溫度值對照表溫度數字輸出量（二進制）數字輸出量（十六進制）+125℃0000 0111 1101 000007D0+℃0000 0001 1001 00010191+℃0000 0000 1010 001000A2+℃0000 0000 0000 100000080℃0000 0000 0000 00000000℃1111 1111 1111 1000FFF8℃1111 1111 0101 1110FF5E℃1111 1110 0110 1111FF6F55℃1111 1100 1001 0000FC90DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與TH、TL（TH和TL分別為最高和最低檢測溫度）作比較。若T＞TH或T＜TL，則將該器件內的告警標志置位，并對主機發出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行告警探索搜索。一旦某測溫點越限，主機利用告警搜索命令即可識別正在告警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非告警器件。高低溫報警觸發器TH 和 TL、配置寄存器均由一個字節的 EEPROM 組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。配置寄存器由R0和R1組成。RR0決定溫度轉換的精度位數R1R0=00，9位精度，；R1R0=01，10位精度，；R1R0=10，11位精度，最大轉換時間375ms；R1R0=11，12位精度，最大轉換時間750ms；未編程時默認為12位精度。分辨率設定及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后仍然保存。高速暫存器是一個9字節的存儲器，如表33所列。開始兩個字節包含被測溫度的數字量信息；第5 字節分別是TH、TL、配置寄存器的臨時復制，每一次上電復位時被刷新；第6字節未用，表現為全邏輯1；第8字節為計數剩余值和每度計數值；第9字節讀出的是前面所有8個字節的CRC碼，可用來保證通信正確。表33 DS18B20高速暫存器分布暫存器內容字節地址溫度最高數字位0溫度最低數字位1高溫限值2低溫限值3配置寄存器4保留5計數剩余值6每度計數值7CRC校驗8DS18B20的測溫原理如圖314所示。低溫系數振蕩器輸出的時鐘脈沖信號通過由高溫系數振蕩器產生的門開通周期而被計數，通過該計數值來測量溫度。計數器被預置為與 55℃對應的一個基數值 ,如果計數器在高溫系數振蕩器輸出的門周期結束前計數到零 ,表示測量的溫度高于 55 ℃,被預置在 55℃的溫度寄存器的值就增加一個增量 ,同時為了補償溫度振蕩器的拋物線特性 ,計數器被斜率累加器所決定的值進行預置 ,時鐘再次使計數器計數直至零 ,如果開通時間仍未結束 ,那么重復此過程 ,直到高溫度系數振蕩器的門周期結束為止。這時溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。圖314 DS18B20測溫原理圖 DSl8B20工作過程及時序DSl8B20工作過程中的協議如下 初始化ROM操作命令存儲器操作命令處理數據 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始 ROM操作指令 總線主機檢測到DSl820的存在便可以發出ROM操作命令之一存儲器操作命令 指令代碼 Write Scratchpad(寫暫存存儲器) [4EH] Read Scratchpad(讀暫存存儲器) [BEH] Copy Scratchpad(復制暫存存儲器) [48H] Convert Temperature(溫度變換) [44H] Recall EPROM(重新調出) [B8H] Read Power supply(讀電源) [B4H] 時 序 主機使用時間隙(time slots)來讀寫DSl8B20的數據位和寫命令字的位 (1) 初始化 主機總線在to時刻發送一復位脈沖(最短為480us的低電平信號)接著在tl時刻釋放總線并進入接收狀態DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待1560us接著DS18B20在t2時刻發出存在脈沖(低電平持續60240 us)如圖315中虛線所示 。以下子程序在MCS51仿真機上通過其晶振為12M。 圖315初始化程序(2) 寫時間隙 當主機總線to時刻從高拉至低電平時就產生寫時間隙見從to時刻開始15us之內應將所需寫的位送到總線上，DSl820在to后1560us間對總線采樣，若低電平寫入位，那么高電平寫入的位從1連續寫2位間的間隙應大于1us 。如圖316所示。圖316 寫0寫1時序(3) 讀時間隙 主機總線to時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平，l 7ts之后在t1時刻將總線拉高產生讀時間隙，在t1時刻后t2時刻前有效t2距to為15 us也就是說在t2時刻前主機必須完成讀位并在to后的60us—120us內釋放總線 。如圖317所示。讀位子程序(讀得的位到C中) 圖317 讀時序 DS18B20與單片機接口電路DS18B20與單片機有兩種接口方案，如圖318所示。（a）寄生電源工作方式（b）外部電源工作方式圖318 DS18B20溫度測量電路圖318（a）所示電路DS18B20采用寄生電源工作方式，采用寄生電源供電的優點則在于節約一根導線。采用寄生電源供電時,總線發出“啟動溫度轉換”命令之后 ,DQ引腳必須置高,不得傳輸數據,且不能同時進行溫度變換,所以省時效應不明顯 ,且多用一個接口引腳。圖318（b）所示電路DS18B20采用外部電源工作方式。由外部電源供電實現的測溫系統中 ,主機在發出跳過 ROM命令之后,再發出統一的溫度轉換啟動碼,就可以實現所有DS1820 的統一轉換,再經過1s 后就可以用很少的時間去讀取 ,節省了時間 ,這是外部電源供電的優點。此時,GND引腳不得懸浮。 LCD顯示電路現代智能化的儀器少不了顯示部分，常用的顯示部分有兩種LED數碼管顯示和LCD液晶顯示，而本系統采用的是液晶顯示，液晶顯示模塊采用的是LCM12864H。 LCD模塊LCM12864HLCD液晶顯示器具有功耗低、體積小、重量輕、超薄、顯示信息量大和接口方便等優點，現在已被廣泛應用于計算機和數字式儀表等領域，成為測量結果顯示和人機對話的重要工具。液晶顯示器按其功能可分為三類：段位式LCD、字符式LCD和點陣式 LCD。其中，段位式LCD和字符式LCD只能用于字符和數字的簡單顯示，對于較復雜的字符或圖形則無能為力。而點陣式LCD可以顯示各種各樣的字符、圖形、曲線及漢字，可以實現屏幕上下左右滾動、動畫、分區開窗口、反轉、閃爍等功能，而且點陣液顯示模塊具有可編程能力，與單片機接口方便。由于以上優點，點陣式LCD獲得了廣泛的應用。LCD工作時，需要相應的驅動、控制電路，由于其電路連接方式基本固定而且LCD本身引腳較多，所以制造商通常將LCD和驅動、控制電路做在一塊印制板上，即我們常見的液晶顯示模塊LCM(Liquid Crystal Module)。這種內藏控制器的液晶顯示模塊所給出的接口可直接與微處理器MPU連接，這樣用戶就可把主要工作放在LCD顯示的軟件設計上。根據上面的介紹，LCM屬于MPU的I／O接口設備，既受控于MPU，同時又操縱著LCD，以實現各種顯示功能。它的使用，使MPU擺脫了對LCD繁瑣的顯示控制，更適用于智能化、便攜式產品。LCM模塊的特點表現為：1)具有簡捷的MPU接口?？刂破鲗PU呈現一般通訊接口的通用特點； 2)具有顯示數據的傳輸和時序脈沖信號的發送能力，可直接控制液晶顯示驅動器； 3)具備功能齊全的控制指令集，可以方便地通過編程實現MPU對液晶顯示器的各種顯示功能的控制； 4)有完整的邏輯控制 電路和時序發生器可完成顯示緩沖區的管理功能 ，并實現對各種顯示功能的控制。 結構上，LCM模塊由接口、控制、輸出三部分組成。本系統中的LCD模塊采用了北京青云科技有限公司生產的型號為LCM12864H的單色12864點陣液晶顯示模塊，其控制器為NT7532，可顯示4行8列共32個漢字，低電壓+－，并內置負壓芯片，藍色背光，接口簡單，采用I2C總線進行數據的傳輸，占用單片機接口少。其外圍接口只有9個引腳，引腳說明如表34。表34 LCM12864接口信號說明引腳序號符號I/O引腳功能說明1CSBI片選信號，低有效2RESBI復位信號，低有效3D/CID/C為高，輸入為數據；D/C為低，輸入為指令4SCKI/O串行輸入時脈沖信號5SDAI/O串行輸入時數據信號6VCC，電源正極7GNDGround，電源負極8LED背光負極9LED+，20mA，背光正極LCM12864H內部結構框圖如圖319所示。圖319 LCM12864H內部結構 LCM12864H與單片機接口電路LCM12864H與單片機的鏈接示意圖如圖320所示。圖320 LCM12864H與單片機的連接示意圖 語音提示電路ISD4004語音系列芯片是美國ISD 公司推出的產品，具有可多次重復錄放、存儲時間長、使用時不需擴充存儲器、所需外圍電路簡單等特點。ISD4004 是一種采用CchipCorder 專利技術的語音芯片, 此芯片無須A／D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒有A／D轉換誤差，在一個記錄位（bit)可存儲250級聲音信號，相當于通常的A／D記錄的8倍，片內集成了晶體振蕩器，麥克前置放大器，自動增益控制等，只要很少的外圍器件，就可以構成一個完整的聲音錄放系統，片內集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制等, 只要很少的外圍器件, 就可以構成一個完整的聲音錄放系統。ISD4004語音芯片引腳圖如圖321所示。 圖321 ISD4004語音芯片引腳圖電源(VCCA,VCCD)：為使噪聲最小,芯片的模擬和數字電路使用不同的電源總線,并且分別引到外封裝的不同管腳上,模擬和數字電源端分別走線,盡可能在靠近供電端處相連,而去耦電容應盡量靠近器件。 地線(VSSA,VSSD)：芯片內部的模擬和數字電路也使用不同的地線。 同相模擬輸入(ANA IN+)： 這是錄音信號的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅動。單端輸入時,信號由耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值 32mV,耦合電容和本端的 3KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅動時,信號最大幅度為峰峰值16mV，為ISD33000系列相同。 反相模擬輸入(ANA IN)： 差分驅動時,這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入,最大幅度為峰峰值16mV。音頻輸出(AUD OUT)： 提供音頻輸出,可驅動5KΩ的負載。 片選(SS)：此端為低，即向該ISD4004芯片發送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應在串行時鐘上升沿之前半個周期將數據放到本端,供ISD輸入。 串行輸出(MISO) ：ISD的串行輸出端。ISD未選中時,本端呈高阻態。 串行時鐘(SCLK)： ISD 的時鐘輸入端，由主