【正文】 2120191817161514131211109876543211324 12432178132456123123123123123121 212121212211212 圖 B1超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) PCB 圖 23 12112212121211234567891011121314151617181920 212223242526272829303132333435363738394065423187654231876542318765423187654231108977981324562121212121 圖 B2 紅外遙控小車系統(tǒng) PCB圖 30 014115871223131411651092121211 231 231 221122 1109876431521098764315212121212212121212121 圖 B3 小車電 機(jī)驅(qū)動 PCB圖 31 附錄 C： 硬件實(shí)物圖 附錄 C 硬件實(shí)物圖 。超聲檢測設(shè)備還具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有利于工程實(shí)際使用。通過對溫度修正來校正聲速的方法，即用測溫元件測量實(shí)際環(huán)境，根據(jù)聲速與溫度的關(guān)系計算出測量時實(shí)際環(huán)境中的聲速，再根據(jù)測距公式得到距離。 本文設(shè)計中的超聲波測距模塊可以應(yīng)用于機(jī)器人的距離信息采集，汽車防撞測距等各個方面。該設(shè)計采用模塊化設(shè)計，超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和紅外遙控小車系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，硬件系統(tǒng)主要有超聲波數(shù)據(jù)采集模塊、紅外遙控接受模塊、小車驅(qū)動模塊、距離顯示模塊、報警 模塊和主控器組成。端口電平與小車運(yùn)動狀態(tài)的 22 對應(yīng)關(guān)系表如表 。 單片機(jī)接收到信號時，對信號進(jìn)行解碼，解碼的關(guān)鍵是如何識別 “0” 和“1” ，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn) “0 ” 、 “1” 均以 的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同， “0” 為 ,“1” 為 ,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別 “0” 和 “1” 。同步位（ SY）是標(biāo)志最后一位編碼是“ 0”或“ 1”的標(biāo)識位，它只有 的有載波信號構(gòu)成。 超聲波數(shù)據(jù)采集電路軟件流程 主程序初始化后主要判斷是否發(fā)送超聲波，發(fā)送超聲波后，根據(jù)超聲波接收到的時間，按照公式計算出距離信息，同時將距離信息發(fā)送到相應(yīng)的顯示端口，使LED 顯示屏予以顯示當(dāng)前的距離信息。在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交替。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。 (3) 信號處理 RAM 中存儲的計數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛嫈?shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為： S=*V*T＝ *V*(Tr*N)其中， T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間， Tr 為方波信號作為計數(shù)脈沖時計數(shù)器的時間分辨率， N 為計數(shù)器的值。 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。 SEN_A1SEN_B15OUT12OUT23OUT313OUT414VCC9VSS4ENABL_A11ENABL_B6INPUT15INPUT27INPUT310INPUT412GND8JP1L298VCC+12VGNDD1IN5817D5IN5817D2IN5817D6IN5817D3IN5817D7IN5817D4IN5817D8IN5817+12VGND1 2J4MOTO112J5MOTO2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2C1104+C2100uGNDGNDGND+12VENAENBInput1AInput2AInput2BInput1BENAENBInput1AInput2AInput2BInput1B12345678910J1Ctrl_in12345678910J2Ctrl_inGND123J62LEDR1220GNDInput1AInput1BREDGREENR2220123J72LEDR3220GNDInput2AInput2BREDGREENR422012J312VPowerVCCGNDPD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7VCC 圖 L298N電機(jī)驅(qū)動電路 紅外遙控接收模塊 遙控接收使用紅外接收模塊 1838，該接收模塊是一個三端元件，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高的特點(diǎn)。 Input2 1A 1A2輸入端， TTL電平兼容 6； 11 EnableA。 圖 L298N引腳圖 L298N 引腳功能如表 。報警部分的連線，如圖 所示 1KR7LS3SpeakerQ69013VCCP31蜂鳴器 圖 小車驅(qū)動模塊 為提高系統(tǒng)效率、降低功耗，功放驅(qū)動電路采用基于雙極型 H 橋型脈寬調(diào)制方式（ PWM）的集成電路 L298N。該模塊的 主要技術(shù)參數(shù)： (1) 使用電壓： DC5V (2) 靜態(tài)電流：小于 2mA (3) 電平輸出：高 5V (4) 電平輸出：底 0V (5) 感應(yīng)角度：不大于 15 度 (6) 探測距離： 2cm500cm 該模塊的外形圖如下： 14 圖 超聲波測距模塊的外形圖 板上接線方式 如表 ， 表 接線圖 Pin 名稱 注釋 1 VCC 供電 5V 2 Trig 控制端 3 echo 接收端 4 out 空腳，請懸空 5 GND 地 該超聲波 模塊 的 工作原理： (1) 采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 ； (2) 模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3) 有信號返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間 。 RST： AT89S52 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的時間， AT89S52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。它采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。具體步驟如下： (1) 根據(jù)實(shí)際電路的要求，選擇要使用哪些 I/O 端口，用 EQU 偽指令定義 12 其相應(yīng)的寄存器； (2) 初始化端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器，應(yīng)避免端口作為輸出時的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作； (3) 根據(jù)外圍電路功能，確定 I/O 端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。系統(tǒng)硬件部分的整體框圖 如下所示： 超 聲 波 數(shù) 據(jù)采 集 主 控 器小 車 運(yùn) 動 狀態(tài) 主 控 器超 聲 波 數(shù) 據(jù)采 集 模 塊紅 外 遙 控 模塊報 警 系 統(tǒng) 模塊超 聲 波 數(shù) 據(jù)顯 示 模 塊L 2 9 8 N 電 機(jī) 驅(qū)動 模 塊直 流 穩(wěn) 壓 電源 模 塊 模 塊 系統(tǒng)硬件部分的整體框圖 控制器 本設(shè)計經(jīng)過第三章的論證，選用了 ATMEl 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)， AT89S52是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8kB 的 可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S52 提供了高性價比的解決方案。 方案三：采用目前最為流行軟包 9012 電視機(jī)遙控器 這種電視機(jī)遙控器，組成簡單，應(yīng)用方便，在主電路中用一個接收頭，接受信號 。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其 它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。 方案二：采用集成電路 L298NH 橋電路。位選采用三極管電流驅(qū)動和開關(guān)的選擇。電路設(shè)計和 程序設(shè)計都較為復(fù)雜。 方案二：采用 LCD12864 液晶屏顯示 LCD12864 能夠顯示 4 行漢字，每行顯示 8個漢字或 16 個字符。 方案三：使用 MPS430，凌陽 61 單片機(jī)等 16 位單片機(jī)或者 ARM系列單片機(jī)。典型代表為 AT89S5AT89S52，由美國 ATMEL 公司生產(chǎn)，后授權(quán)給中國臺灣某公司生產(chǎn)和銷售。采用這種控制器 +數(shù)據(jù)采集獨(dú)立式的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，具體表現(xiàn)為：分工明確，可以使各部分各司其責(zé)，工作效率高 ,設(shè)計方便，可移植性好。 參考結(jié)構(gòu)二：采用整體式結(jié)構(gòu)，超聲波數(shù)據(jù)采集和控制在一起。 (2) 通過遙控器能夠?qū)π≤嚨那斑M(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等運(yùn)動狀態(tài)加以控制。如圖 所示： 7 圖 超聲波的測距原理 cosHS?? (21) arctan( )LH? ? (22) 式中 :L兩探頭之間中心距離的一半 . 又知道超聲波傳播的距離為 : 2S vt? (23) 式中 :v— 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度 。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能 (機(jī)械能 )轉(zhuǎn)換為電能。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。目前較為常 用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用 ，這將會使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。 傳感器的主要組成部分是壓電晶片。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。由于工作頻率與應(yīng)用目的不同，超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，并且名稱也有不同，例如在超聲波檢測和診斷中習(xí)慣上都把超聲波傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛”。 超聲波傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的