通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-用超聲波實(shí)現(xiàn)智能小車中的探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-wenkub.com

　 　

【正文】 這樣測(cè)量的距離就能達(dá)到更遠(yuǎn)。 （ 3） 整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試， 測(cè)試結(jié)果表明顯示值與實(shí)際值的誤差在 1cm左右，能測(cè)量的距離范圍在 70—80 厘米左右，并且在無障礙物時(shí)，能顯示（ SAFE）。 ① 超聲波發(fā)射程序采用 nop 語句實(shí)現(xiàn)，由于定時(shí)器中斷有響應(yīng)時(shí)間，其最大頻率只能達(dá)到 。 這樣由于沒有濾波電路在與其他電路一同工作時(shí)，可能對(duì)此電路產(chǎn)生干擾，因此在智能小車中這部分電路應(yīng)采用 CX20216 來實(shí)現(xiàn)， CX20216 中有放大電路，濾波電路等一系列信號(hào)處理電路，如果設(shè)計(jì)恰當(dāng)就可以達(dá)到較高的靈敏度，測(cè)量距離也會(huì)較遠(yuǎn)，抗干擾能力也較強(qiáng)。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 結(jié) 論 （ 1） 硬件部分電路采用了超聲波發(fā)射電路，超聲波接收電路， 語音報(bào)警電路，液晶 顯示電路 等構(gòu)成 。程序編寫完畢后 ，上電測(cè)試。 但是從 測(cè)出的距離來看測(cè)量值與實(shí)際值還有一定的誤差。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與上表差不多 ，依然在 30 厘米以上時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 這 里 首先考慮到的問題是 ： ① 發(fā)射頭的發(fā)射功 率 不夠大 ，導(dǎo)致測(cè)量距離較近。 最終達(dá)到較好的效果。 再加入溫度補(bǔ)償算法后精度得到了提高 。 把數(shù)據(jù)擴(kuò)大相應(yīng)的倍數(shù)后，避免了數(shù)據(jù)類型的問題 ，上電測(cè)試， 順利通過 。 更改后程序經(jīng)編譯沒有錯(cuò)誤后，上電測(cè)試，發(fā)現(xiàn) 燈亮， 程序能夠正常進(jìn)入中斷，說明外部中斷正常。這說明 液晶屏接觸不良 ， 而程序此時(shí)不能判斷是否有誤 。 然后通過式 S= 計(jì)算出當(dāng)前距離 。 此過程考 主 慮了兩種實(shí) 現(xiàn)方案，即通過 循環(huán)檢測(cè)法來接收返濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 回信息，此法占用大量單片機(jī)運(yùn)算空間時(shí)間，對(duì)有限的資源來說是一種很大的浪費(fèi)；第二種方法采用中斷來檢測(cè)，不僅節(jié)約資源，而且可以達(dá)到時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確度得到了大大的提高。 本模塊按照上圖焊接完成，在焊接初期首先實(shí)現(xiàn)了音頻的錄放功能，并且順利通過，此部分沒有問題。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。此模式僅用于放音，通常與 A4 同時(shí)使用 A1（ EOM 刪除） —— 使分段信息變?yōu)橐粭l信息，僅在信息最后留一個(gè) EOM 標(biāo)志。（ 2）當(dāng)控制信號(hào)（ /PLAYL、 /PLAYE 或 /REC）變低，同時(shí) A6 和 A7 為高時(shí)，執(zhí)行操作模式。操作模式可由微控制器，也可由硬件實(shí)現(xiàn)。具體程序詳見附錄。此處為方便起見可以從 0 地址初開始錄入。//停止計(jì)時(shí) distance=(TH0*256+TL0)*((f_temp*+)/2021)。//延時(shí) 10us trig=0。 TH0=0?；仨懶盘?hào)是一個(gè)脈沖的寬度成正比的距離對(duì)象。 進(jìn)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(bào)警電路 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 45超聲波模塊時(shí)序圖 該超聲波模塊時(shí)序圖如圖 45 所示。根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程圖如圖 所示。利用它，語音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 EEPROM 存儲(chǔ)器 .直接模擬存儲(chǔ)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?jī)?yōu)勝 ,而且斷電語音保護(hù) 。 （ 5）系統(tǒng) 語音報(bào)警電路設(shè)計(jì) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 本部分采用 ISD1420 語音芯片實(shí)現(xiàn)。 ⑤ 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 ③ 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 把溫度測(cè)出后， 帶入 公式： C = +（米 /秒） φ為測(cè)出的溫度 ，即可測(cè)出。 電氣參數(shù)： 電氣參數(shù) DYPME007 超聲波模塊 工作電壓 DC 5V 工作電流 15mA 工作頻率 40Hz 最遠(yuǎn)射程 最近射程 3cm 輸入觸發(fā)信號(hào) 10uS 的 TTL 脈沖 輸出回響信號(hào)輸出 TTL 電平信號(hào)，與射程成比例 模塊接線 ： 圖 43 為超聲波測(cè)距模塊的接腳圖，使用上只需要 5V 電源供應(yīng)、 0V 地線連接、觸發(fā)信號(hào)輸入、與回響信號(hào)輸出等四支接腳。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。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī) AT89C52 控制，超聲波傳感 器采用濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器 TCT40－ 16T 和一支超聲波接收換能器TCT40－ 16R。 4 超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 超聲波 測(cè)距的基 本 原理 諧振頻率高于 20 kHz 的聲波被稱為超聲波。 INT1：外部中斷 1，由 P3． 3 端口線引入，低電平或下跳沿引起。 TCON 中低 4 位與中斷有關(guān)，我們將在下節(jié)課講中斷時(shí)再給予講解。 IE1：外部中斷 1 請(qǐng)求標(biāo)志。 TF0：定時(shí)器 0 溢出標(biāo)志。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng) 清 “0”，在查詢方式下用軟件清 “0”。 （ 3） TCON 的格式如 表 所示。 M1M0＝ 10：工作方式 2(8 位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式 )。 C/T＝ 1，為計(jì)數(shù)器方式； C／ T＝ 0，為定時(shí)器方式。 TMOD 的格式如下表 所示 。 控制寄存器： 定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 T0 和 T1 有 2 個(gè)控制寄存器 TMOD 和 TCON，它們分別用來設(shè)置各個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作方式，選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，控制啟動(dòng)運(yùn)行，以及作為運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志等。這時(shí)， 可把定時(shí)器 l 用于工作方式 2，把定時(shí)器 0 用于工作方式 3 下才可能使用。 TH0 只能用作定時(shí)器，并使用 T1的控制位 TRl、回零標(biāo)志 TFl 和中斷源。工作方式 3 只適用于定時(shí)器 0。所以，工作方式 2 是一種自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)的 8 位計(jì)數(shù)器方式。與工作方式 0 基本相同，區(qū)別僅在于工作方式 1的計(jì)數(shù)器 TL1 和 TH1 組成 16 位計(jì)數(shù)器，從而比工作方式 0 有更寬的定時(shí) /計(jì)數(shù)范圍。 TL1 計(jì)滿后，向 THl 進(jìn)位。 工作方式： T0 或 T1 無論用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器都有 4 種工作方式：方式 0、方式方式 2 和方式 3。作定時(shí)器時(shí)，每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)寄存器自動(dòng)加 l，所以定時(shí)器也可看作是 計(jì)量機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位 高電平有效 。 表 P3口部分引腳的第二功能 引腳號(hào) 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(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST： 復(fù)位輸入。對(duì) P3 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻 。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。如在大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機(jī)對(duì)模擬，數(shù)字轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理，如數(shù)字濾波、線性化處理、誤差修正等。例如在兩坐標(biāo)的連續(xù)控制系統(tǒng)中，用 805l 單片機(jī)微處理器組成的系統(tǒng)代替 Z80 組臺(tái)系統(tǒng)，在完成同樣功能的條件下 ， 其程序長(zhǎng)度可減少 50％，提高了執(zhí)行速度。 （ 2）智能儀表：用單片機(jī)微處理器改 良原有的測(cè)量、控制儀表，能使儀表數(shù) 字化、智能化、多功能化、綜合化。 ④ C 語言的廣泛支持 單片機(jī)普遍支持 C 語言編程，為后來者學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)提供了方便；高級(jí)語 言減少了選型障礙，便于程序的優(yōu)化、升級(jí)和交流 。根據(jù)控制單元設(shè)計(jì)的方式與采用的技術(shù)不同，目前市場(chǎng)上的這些 單片機(jī)可區(qū)分為兩大類型：繁雜指令集結(jié)構(gòu) (CISC 架構(gòu) )和精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) (RISC 架構(gòu) )。 ② 大力發(fā)展專用單片機(jī) 通用型與專用型是按某一型號(hào)單片機(jī)適用范圍區(qū)分的?？梢哉f ， 單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)人了百 花齊放的時(shí)代，為用戶的選擇提供了空間。 ③ CMOS 化，提供功耗管理功能。 MCS51 單片機(jī)系 列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散，許多電氣商競(jìng)相使用80C51 為核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中；隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng)，強(qiáng)化了智能控制器特征。 ②完善的指令系統(tǒng)： 具有很強(qiáng)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。 （ 2）結(jié)構(gòu)體系的完善階段 時(shí)序電路 CPU 總線 控制 邏輯 總 線 存儲(chǔ)器 I/O接口 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 在 MCS48 探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列 MCS5l。 MCS48 單片機(jī)系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域，進(jìn)入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計(jì)算機(jī)的探索階段。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 3 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 本課題所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的，在介紹電路設(shè)計(jì)之前，我們先來了解一下單片機(jī)的工作原理，由于本課題采用 Atmel 公司的 AT89C52 單片機(jī)，故在本章將介紹 AT89C52 的特性。 智能小車撿測(cè)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(hào) ， 其波形 見圖 23 所示 ， 傳播介質(zhì)為空氣。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成 ， 換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超聲波能量并向空中幅射 。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。這種方式的檢測(cè)距離約 1m， 作為標(biāo)準(zhǔn)被檢測(cè)物體使用 100mm100mm的方形板。若被檢測(cè)物體不是平面形狀 ， 實(shí)際使用超聲波傳感器時(shí)一定要確認(rèn)是否能檢測(cè)到被測(cè)物體。 圖 22 傳感器的方向性 超聲波傳感器 好壞 的檢測(cè) 首先給超聲波傳感器發(fā)射端加上一個(gè) 40kHZ 的方波，并用示波器觀察波形頻率是否正常，如果正常，再將超聲波傳感器接收端對(duì)準(zhǔn)發(fā)射端，此時(shí)將示波器接到接收端，觀察接收端波形，接收端波形如果是 40kHZ的正弦波（幅度在 mV 級(jí)），移開發(fā)射端，波形 緊 隨 消失，則說明超聲波傳感器是好的。 （ 4）氣流的影響 當(dāng)風(fēng)速大于 50 千米 /時(shí) ，聲波速度及方向 改變會(huì)大于 3%。實(shí)際中，空氣濕度變化不會(huì)如此大， 因此 此影響一般小于 1%。但如果選用的超聲波傳感器中有溫度補(bǔ)償功能，這個(gè) 影響可忽略不計(jì)。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警 器、自動(dòng)門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位傳感器；反射型用于材料探傷、測(cè)厚傳感器等。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時(shí)均能產(chǎn)生縱波。 預(yù)期 設(shè)計(jì) 結(jié)果 利用 AT89C52 單片機(jī)作為主控制器，結(jié)合超聲波測(cè)距原理，實(shí)現(xiàn)倒車防撞報(bào)警的功能，并且要實(shí)現(xiàn)在車內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)的顯示距離障礙物的距離，提醒駕駛員在倒車時(shí)能有效地避開可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人， 實(shí)時(shí)顯示距離 ,以及語音報(bào)警功能提示駕駛員 ， .測(cè)距范圍 在 10CM300CM， 最后 進(jìn)行系統(tǒng)硬件和軟硬件實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)內(nèi) 容 設(shè)計(jì)內(nèi)容 分析 本課題采用 AT89C52 單片機(jī)和壓電超聲波傳感器以及相應(yīng)的外圍電路，通過單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器和外部中斷信號(hào)調(diào)用 子程序測(cè)算障礙物距離從而進(jìn)一步控制智能小濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 車中的制動(dòng)系統(tǒng)。 在生產(chǎn)生活中，很多場(chǎng)合如汽車倒車、機(jī)器人避障、工業(yè)測(cè)井、水庫(kù)液位測(cè)量等需要自動(dòng)進(jìn)行非接觸測(cè)距。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(cè)人們所需要的信號(hào)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在 生活生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、國(guó)防 等方面。該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理、工作穩(wěn)定、性能良好、檢測(cè)速度快、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。智能小車中的探測(cè)系統(tǒng)用超聲波的方法實(shí)現(xiàn)，超聲波具有指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。所以再利用傳感器技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合的測(cè)距方案中，超聲波測(cè)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?yán)走_(dá)、水位測(cè)量、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。