【正文】 STC89C52 單片機作為核心控制器 ,在智能小車移動的過程中，由測距儀進行實時距離的探測與對比，當無線測距儀通過對超聲波傳播時間的運算得到實際的距離值之后，主控制器便會拿實際的距離跟系統(tǒng)設定的距離報警值進行對比，當測量出來的實際距離值小于系統(tǒng)初始設定的報警距離時，蜂鳴器收到報警指令后就會立即報警。 系統(tǒng)主要功能包括 [1]： （ 1） STC89C52 單片機最小系統(tǒng)：主要控制計時器計時，數(shù)碼管顯示 以及距離的計算等； （ 2）超聲波發(fā)射與接收電路：控制聲波的發(fā)射與接收，為距離的測量工作提供計算時間的依據(jù)； （ 3）四位共陽數(shù)碼管：實時顯示距離； （ 4）按鍵：負責給單片機最小系統(tǒng)輸入設置指令，比如加鍵、減鍵、復位鍵； （ 5）復位電路：當系統(tǒng)運行 的過程中出現(xiàn)不正常的狀況時，為了保證整個系統(tǒng)的正常運行可通過復位電路進行系統(tǒng)初始化； （ 6）時鐘電路：負責整個系統(tǒng)的計時工作； （ 7）電源電路：為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓輸出。 如圖 1 所示：系統(tǒng)方框結構圖。相對于普通計算機笨重的主機 ， 單片機展現(xiàn)出了體積小、分量輕、性價比高優(yōu)勢 ， 而且實現(xiàn)自動檢測與控制 ， 因此單片機也被稱為嵌入式微控制器EMCU（ EmbeddedMicrocontrollerUnit)。在單片機系統(tǒng)運算方面 提供了高性 價比 7 的解決方案。 （ 2）時鐘源引腳 單片機的時鐘引腳有兩個，即第 19位引腳 —XTAL1引腳和 XTAL2引腳。 （ 3）復位引腳 8 為了提高單片機在運行過程中的抗干擾能力，而且保證整個電路的穩(wěn)定工作， STC89C52還具備復位功能 RST——第 9 位引腳， RST 作為 RESET 復位信號輸入端口，為了讓單片機能夠正常工作，當給系統(tǒng)連續(xù)輸入 2 個周期以上的有效高電 平時，復位引腳接收到高電平信號后，使得整個系統(tǒng)完成復位初始化操作。在 P0 口作為輸出端口的時候，這 8 個引腳端口能驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，在對這 8個端口進行賦值定義的時候，只要寫入 “1”就意味著將這些端口設置為高阻抗輸入端。 單片機的第 21～ 28 引腳分別是 P2 口的 ～ 端口，它和 P1 同樣是 8 位具有內(nèi)部上拉電路的準雙向 I/O 端口。也就是說， P3 口既能獨立定義原來的 I/O 口功能，也能定義第二變異功能。 一般情況下，我們選擇的超聲波傳感器都是以壓電的方式來產(chǎn)生超聲波的，這種傳感器的探頭通常是用晶體材料或者陶瓷材料制成的，這些材料也要通過壓電處理，而探頭的工作原理正是利用這些通過壓電處理過的材料所產(chǎn)生的壓電效應，如圖 3 所示 [3]。對于超聲波傳感器探頭而言，其最重要的部分是一塊通過壓電處理過的晶片，這個晶片儲藏在探頭外部的包裹之下，而探頭的外部材料通常是塑料材質或金屬材質的。也就是說，增加超聲波傳感器靈敏度的方法，就是通過調(diào)節(jié)使得傳感器的工作時所產(chǎn)生的交流電的電壓頻率和晶片共同振動時所產(chǎn)生的頻率一致，這樣能產(chǎn)生巨大的能量和超高的靈敏度。傳感器靈敏度的高低主要是由其生產(chǎn)制造過程中所使用的晶片決定的。 ａ STC89C52 ｂ 超聲波 傳感器 11 c 數(shù)碼管 ｄ 按鍵 圖 4 硬件元件電路組圖 超聲波電路 通過內(nèi)部原理圖， 可以發(fā)現(xiàn)超聲波傳感器中的反相器和超聲波發(fā)射換能器主要構成超聲波傳感器的發(fā)射電路。單片機的第 12 號引腳 INT0 端口輸出 8 個頻率在 40kHz 左右的方波信號，這個信號分成兩路形成一個回路，其中超聲波換能器的一個電極接收到的信號是由一級反向器推送到，而超聲波換能器的另一個電極所接收到的信號則是由兩級反向器推送到。其工作的模式為：反射源信號經(jīng)過放大以后，通過對信號的解析，只要接收到符合要求的頻率信號，單片機控制器就會接到來自鎖相環(huán)電路發(fā)出的中斷請求。只要傳感器的接收電路檢測到有回波信號，則傳感器的 ECHO 引腳便開始輸出回響信號。 圖 8 超聲波時序圖 電源設計 觸發(fā)信號 模塊內(nèi)部 發(fā)出信號 輸出回響 信號 14 電源電路如圖 9 所示。 數(shù)碼管的顯示由 STC89C52 的 P1 口控制輸出，傳感器動態(tài)接受反射波過程中，控制器在距離測量結束后開始調(diào)用顯示程序，將主控制器計算出的距離值通過 P3 端口中的 口送到數(shù)碼管并顯示出來，這樣我們就能清楚實時的距離變化了。 至于機器周期的問題，根據(jù)所采用的晶振類型不同，機器周期也會隨之產(chǎn)生變化，以頻率為 12MHz 的晶振為例，復位信號持續(xù)時間應不小于 2us。如果，在設計過程中采用的是外部時鐘源驅動器件時候，我們要特別注意： XTAL2應接地。 圖 12 時鐘電路圖 聲音報警電路 16 如下圖所示，系統(tǒng)中 的聲音報警電路主要是由蜂鳴器、三極管、 2K 電阻 3 個元件構成，在實際測量中只要測量值小于警報值，單片機的 端口就發(fā)出一個信號聲音報警電路，使得蜂鳴器開始嘯叫，達到報警效果。 圖 14 最小系統(tǒng) 超聲波傳感器模塊 17 在此次基于單片機的超聲波測距儀的設計在超聲波傳感器的模塊選材上本次設計采用的元件是現(xiàn)成的 HC—SR04 超聲波傳感器模塊。只要傳感器的接收電路檢測到有回波信號，則傳感器的 ECHO 引腳便開始輸出回響信號。其中 VCC：需要提供 5V電源， GND：負責接地線， Trig：觸發(fā)控制信號輸入， Echo：回響信號輸出。根據(jù)聲波遇到障礙物會被反射回來的原理，超聲波傳感器的信號接收器只要在聲波信號發(fā)射之后，一旦接收到被反射回來的發(fā)射信號，就將停止計時的指令回復給單片機的時鐘電路，與此同時時鐘電路停止計時。因此本次課程設計所用的超聲波傳感器測距儀，不僅測量精度高，而且也適合中長距離測量 [14]。 超聲波測距的應用場景很多，主要包括倒車提醒、工業(yè)現(xiàn)場、建筑工地、雷達測試等場景，但是超聲波測距也有一些不足之處，雖然測量長度上能達到上百米的測量范圍，但是在測量精度 上面目前還停留在厘米數(shù)量級。 4 軟件設計 主程序設計 我們知道在整個單片機程序在開始運行的時候，都會首先執(zhí)行初始化、自檢操作，保證系統(tǒng)接下來的正常運行。 將整體程序拆分開來，分工完成各自要實現(xiàn)的功能語句，有利于我能夠清晰把握每個模塊的作用與設計進度 [15]。在系統(tǒng)通電之后，主控制器通過 ITN0 端口自動發(fā)送 8 個頻率在 40kHz 左右的方波脈沖信號，并且持續(xù)最少10us 的高電平信呈，與此同時系統(tǒng)的計時工作由計數(shù)器 T1 開始進行，另外在本次課程設計中，我將模式 0 設定作為定時器 T1 工作方式。 計時器 T1 在中斷程序執(zhí)行后，也馬上由計時狀態(tài)進入停止狀態(tài)，如果在計時器未溢出前，接收器成功檢測到了回波信號，則將完成測距任務的信號賦值 1。 在單片機的最小系統(tǒng)經(jīng)過測試能夠正常運行之后，在軟件調(diào)試完成的基礎上，將超聲波程序燒入單片機內(nèi)，觀察數(shù)碼管顯示的距離是否正常，并在此基礎上對系統(tǒng)的軟件和硬件進行修改，直至數(shù)碼管能夠穩(wěn)定地顯示超聲波測距儀與障礙物的距離為止，整個系統(tǒng)調(diào)試完畢。 （ 2）測距盲區(qū) 本次設計調(diào)試過程中為避免超聲波發(fā)出的波直接回到接收端，在軟件的距離計算部分設置了一個延時，這就是超聲波的測距系統(tǒng)會有一個最小可測距離的原因，它使系統(tǒng)的最小測量距離為 2cm，大于 2cm 的距離均可連續(xù)顯示，不會出現(xiàn)大于 2cm 的誤差。下面羅列幾點我在實際的測試環(huán)境下發(fā)現(xiàn)的一些干擾因素： （ 1）如果被攝對象的形狀和質地發(fā)生變化，超聲波的反射率也會隨著障礙物改變而改變。 （ 1）系統(tǒng)設計方案：一個系統(tǒng) 能否順利的運營主要取決于整個系統(tǒng)框架的構思是否合理。在同學之間的互相幫助和老師的精心指導下，我們對系統(tǒng)改進也更加得心應手，設計出了簡約、實用、符合日常使用習慣的系統(tǒng)。我做的模塊是基于單片機的無線測距系統(tǒng)，主要給智能小車提供距離報警，這其中就要對單片機擁有足夠充分的了解，在 能夠實現(xiàn)基本功能要求的基礎上，使整個儀器在操作上更加簡單、方便 。 （ 3）程序設計與系統(tǒng)硬件電路的整合：在單獨模塊的首次調(diào)試時，便卻發(fā)現(xiàn)電源指示燈不亮，用萬用表檢測過后，才排除了電路故障。 24 參考文獻 [1]. 高飛燕 . 基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計 [J]. 信息技術 , 20xx,(07): 4345. [2]. 余錫存 . 單片機原理及接口技術 [M]. 西安 : 西安電子科技大學出版社 , 20xx. [3]. 唐桃波 , 陳玉林 . 基于 AT89C51 的智能無線安防報警器 [J]. 電子設計應用 , 20xx,5(6):49～ 51. [4]. 楊金巖 .8051 單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術與實例應用 [M].北京：人民郵電出版社， 20xx:79 [5]. 閻石 .基于單片機的無線測距設計 [J].電子制作 ， 20xx:811. [6]. 張毅剛，彭喜元，彭宇 .單片機原理及應用 分析 [J].科技信息 ， 20xx(5):712 [7]. 羅慶生 . 一種基于超聲波與紅外線探測技術的測距定位系統(tǒng) [J]. 計算機測量與控制 , 20xx,(04): 13. [8]. 高吉祥 .基于單片機的 電子技術基礎實驗與課程設計 [J].信息技術 ， 20xx(4):613. [9]. 趙德安 .單片機原理與應用 [M].北京：機械工業(yè)出版社， （ 重?。?:710. [10]. 韓志軍 .單片機系統(tǒng)設計與應用實例（第 2 版） [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 20xx:713. [11]. 馬忠梅 .基于 單片機的 C 語言應用程序設計 [J]. 北京 科技信息 ,20xx:2023. [12]. 林偉 , 梁家寧 , 李才安 . 便攜式多功能超聲波測距儀的設計與實現(xiàn) [J]. 電子測量技術 ， 20xx, (01): 2931. [13]. 陳美鑾 , 尹浩 , 黎飄 , 董博然 . 智能盲人導行儀的設計與實現(xiàn) [J]. 電子技術應用 , 20xx,(10): 25. [14]. 趙海鳴 ,卜英勇 , 王紀嬋 , 周知進 . 一種高精度超聲波測距方法的研究 [J]. 湖南科技大學學報 (自然科學版 ), 20xx,(03): 810. [15]. ,. Anisimov. Thermostatting System Using a SingleChip Microputer and Thermoelectric Modules Based on the PeltierEffect[J] .20xx:912. [16]. Yeager to troubleshoot your electronic scale[J]. Powder and Bulk Engineering,1995:813. [17]. Meehan Joanne， Muir in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[J].TQM Journal,20xx:1011. [18]. Andrew in Learning and using a Second language [J].Foreign Language Teaing and Research Press,:1214. [19]. rtori S， ZHANG G X. Geometric Error Measurement and Compensation of of the CIRP[J]. 1995:599609 25 [20]. 致謝 時光荏苒，歲月如梭，轉眼之間四年的大學時光即將結束。 本次課程設計的主要任務是設計一種能夠實現(xiàn)無線測距的報警系統(tǒng)。首先對是元件的選擇和確認。通過本次畢業(yè)設計，在自己的切身感受下，我在很多方面都有了很多的收獲。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 29 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括：