【正文】 弱，但反射能力越強(qiáng)。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)距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。當(dāng)需要測(cè)量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L時(shí) ,則 (24)變?yōu)?: 12H vt? (25) 所以 ,只要需要測(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測(cè)量的距離 H. 8 第三章 方案論證及選擇 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)，利用紅外遙控來(lái)小車的運(yùn)行狀態(tài)。 系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)及可行性論證 根據(jù)設(shè)計(jì) 要求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于超聲波測(cè)距的紅外遙控小車，設(shè)計(jì)框圖如下： 圖 系統(tǒng)框圖 論證 1：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理 參考結(jié)構(gòu)一：采用分離式結(jié)構(gòu)，超聲波數(shù)據(jù)采集和控制分開(kāi)。 本系統(tǒng)超聲波數(shù)據(jù)采集和控制既可分開(kāi)也可 融合 到一個(gè)系統(tǒng)里面，超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是采集距離信息，并根據(jù)不同的信息發(fā)出不同頻率的 聲音；控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制小車。 微處理器的選擇 方案一：使用 51 單片機(jī)。 ATMEGA 系列是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AVR 8 位單片機(jī)中的高端產(chǎn)品，由于市場(chǎng)和技術(shù)原因，市場(chǎng)占有率挺高，采用精簡(jiǎn)指令集系統(tǒng)。 經(jīng)過(guò)綜合考慮，本題目采用第一套方案，選取 IO 口個(gè)數(shù)和 ROM 大小適合本系統(tǒng)的 AT89S52 單片機(jī)。 方案三：采用 NOKIA5110 LCD 液晶屏顯示 NOKIA5110 LCD 具有 84*48 點(diǎn)陣圖形顯示能力，可同時(shí)顯示 4行，每行 7個(gè)的12*12 漢字，或者顯示 6 行，每行 14 個(gè)的 6*8 ASCII 碼字符。 10 綜合考慮：本系統(tǒng)采用數(shù)碼顯示，方便直接，性價(jià)比高，功耗低。 每個(gè)電機(jī)都采用有四個(gè)三極管組成的 H 橋電路，三極管價(jià)格低廉，電路原理易懂。 綜合考慮：本系統(tǒng)采用集成電路 L298N,通過(guò)單片機(jī)輸出邏輯電平就可以控制小車電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 方案一：采用自制矩陣遙控器 采用矩陣鍵盤、主控器和光電二極管設(shè)計(jì)一個(gè)遙控器，電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且還得編程。 綜合考慮：本系統(tǒng)采用采用 9012 電視機(jī)遙控器，方便簡(jiǎn)單，而且市場(chǎng)上較多，價(jià)格便宜。其將通 用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 圖 AT89S52 單片機(jī)芯片 XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸 入端。能和國(guó)外的 SRF05,SRF02 等超聲波測(cè)距模塊相媲美。 本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)掃描四個(gè)三極管作為位選的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)和電流放大。其內(nèi)部的 內(nèi)部邏輯圖 如圖 所示。 SenseB 電流監(jiān)測(cè)端，分別為兩個(gè) H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地 2； 3 Out1。 Input4 2A 2A2 輸入端， TTL 電平兼容 13； 14 Out3。 當(dāng) 1838V 接收到遙控信號(hào)時(shí) ， 產(chǎn)生中斷，處理遙控?cái)?shù)據(jù) ， 處理完后返回。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。 (4) 數(shù)據(jù)傳輸與顯示 經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用四位 LED 表示。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序等幾個(gè)主要部分。 例如需要顯示數(shù)字 “ 12” 時(shí)，先輸出位選信號(hào)，選中第一個(gè)數(shù)碼管，輸出 1 的段碼，延時(shí)一段時(shí)間后選中第二個(gè)數(shù)碼管，輸出 2 的段碼。 圖 超聲波數(shù)據(jù)采集電路軟件流程圖 21 控制電路程序設(shè)計(jì) 紅外接收解碼設(shè)計(jì) 紅外遙控器的一幀數(shù)據(jù)中含有 32 位碼，包含兩次 8 位用戶碼， 8 位數(shù)據(jù)碼和 8 位數(shù)據(jù)碼的反碼及最后位的同步位。 當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò) 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖 ,這 108ms 發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（ 9ms） ,一個(gè)結(jié)果碼（ ） ,低 8 位地址碼（ 9ms18ms） ,高 8位地址碼（ 9ms18ms） ,8 位數(shù)據(jù)碼（ 9ms18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms18ms）組成。 小車驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 小車控制 流程：首先從單片機(jī)中讀出控制信息，向連接單片機(jī)六個(gè)端口寫入對(duì)應(yīng)的高或低電平。具體的程序流程圖如圖 所示。充分利用它的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。這樣可以使各部分明確分工，更好地提高工作效率。 本文所述的系統(tǒng)完成了預(yù)期要求的功能指標(biāo)，但由于時(shí)間緊迫，系統(tǒng)有些方面還需改進(jìn)，為了得到更好的性能，可以從以下幾方面來(lái)進(jìn)一步開(kāi)展工作： （ 1） 可增加溫度補(bǔ)償單元。 利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速，方便，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。 26 附 錄 附錄 A： 硬件原理圖 系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示和小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖分別如圖 A1，圖 A2 和圖 A3 所示 EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10VCC40GND20JP6AT89C52GNDVCCP10P11P12P13P14P15P01P02P03P04P05P06P00INT0212MC630pC730pVCCP30RSTP16P20P21P22P23P24P25P26P27P07INT1123456789J210KP00P01P02P03P04P05P06P07VCCP31P34P35P36P37P1712345678JP5Header 812345678JP312345678JP4XTAL2 XTAL1XTAL1XTAL210UFC510KR2S2VCCRST1 23 45 67 89 10J1AT89S ISPP15P16P17RSTVCC18LED17LED16LED15LED14LED13LED12LED11LED10R9R8R7R6R5R4R3RVCCP20P21P22P23P24P25P26P27Vin1GND2+5V3Q17805104C31000uFC1104C41000uFC2VCCD21KR11POWERCTP3412345678JP2Header 81KR7LS3SpeakerQ69013VCCP31S1SWDPDTD1復(fù)位電路振蕩電路電源電路ISP 下載口ISP 下載口1234JP7VCCP30INT01234JP8VCCP30INT0P0 口上拉電阻指示燈蜂鳴器模塊連接口單片機(jī)系統(tǒng)12345678910J20xiaochequdong小車驅(qū)動(dòng)接口電路紅外遙控接收電路VCC1 2 3IOGND VDDu8 1838R8100VCCINT1P07P06P05P04P03P02P01P0012345678P2Header 812345P1Header 5P10P11P12P13P14P15P16P17P34P35P36P37VCC 圖 A1 系統(tǒng)原理圖 1KR111KR12VCC VCC112a11f102938b7e1d2dp3c4g546*1LEDa bcdefg1KR101KR9VCCVCC3 41 21 2 34dpR19470R17470R20470R14470R15470R18470R13470R16470a b c d e f g dpP10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17P34 P35P36 P37Q39013Q29013C3B2E1Q49013Q5901312345678P2Header 812345P1Header 5P10P11P12P13P14P15P16P17P34P35P36P37VCC 圖 A2 數(shù)碼管顯示原理圖 28 SEN_A1SEN_B15OUT12OUT23OUT313OUT414VCC9VSS4ENABL_A11ENABL_B6INPUT15INPUT27INPUT310INPUT412GND8JP1L298VCC+12VGNDD1IN5817D5IN5817D2IN5817D6IN5817D3IN5817D7IN5817D4IN5817D8IN5817+12VGND1 2J4MOTO112J5MOTO2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2C1104+C2100uGNDGNDGND+12VENAENBInput1AInput2AInput2BInput1BENAENBInput1AInput2AInput2BInput1B12345678910J1Ctrl_in12345678910J2Ctrl_inGND123J62LEDR1220GNDInput1AInput1BREDGREENR2220123J72LEDR3220GNDInput2AInput2BREDGREENR422012J312VPowerVCCGNDPD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7VCC 圖 A3 小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 29 附錄 B： 硬件 PCB圖 超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、紅外遙控小車系統(tǒng)和小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件 PCB 圖分別如圖 B1，圖B2 和圖 B3 所示 : 121 21212781324567813245678132456781324564039383736353433323