【正文】 圖316 DS1820 引腳說明 圖317溫度檢測模塊原理圖示警方式通常有燈光示警，用閃動(dòng)的指示燈來警示人；其次是聲音示警，發(fā)出特定的語音提示； 在選擇警示電路時(shí)，需要使其硬件結(jié)構(gòu)簡單，編程簡單。 圖314HYM1302引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖315 時(shí)鐘模塊電路原理圖溫濕度的檢測有許多方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有多種?？紤]到整體電路和使用的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用高性能低功耗的時(shí)鐘芯片HYM1302和DS1820單總線數(shù)字溫度檢測模塊。該芯片繼承了OSYNO188語音芯片的優(yōu)點(diǎn)：最小SSOP28L貼片封裝、硬件接口簡單、低功耗、音色清涼圓潤、極高的性價(jià)比；除此之外，SYN6288在識別文本/數(shù)字/字符串上更智能、準(zhǔn)確，語音合成效果也比較好。超聲波總體電路見附錄1。由于回波信號非常弱，一般為毫伏級，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，所以超聲波傳感器的接收信號一般在10mV～60mV之間，因此由LM387構(gòu)成了三級放大電路，每一級放大10倍，共放大1000倍左右，完全能夠滿足要求，并且三級放大可選，可以根據(jù)測距的遠(yuǎn)近選擇合適的放大倍數(shù)。根據(jù)電路需求，接收電路的功能是將接收到的微弱信號放大并進(jìn)行濾波整形。圖310 超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)電路原理圖(3) I/O口控制。當(dāng)加載在超聲波傳感器的兩端的信號頻率與其固有頻率為同一頻率時(shí)，發(fā)生共振，電信號電能高效率的轉(zhuǎn)化為機(jī)械聲波機(jī)械能。HCSR04電氣參數(shù)如圖38所示。測量角度為15176。這是一款壓電陶瓷式收發(fā)同體超聲波傳感器。Vcc供5V電源，GND接地，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回想信號輸出。超聲換能器按照發(fā)射與接收是否同體可分為收發(fā)同體與收發(fā)分體式兩種。單位電路的目：在需要的時(shí)候，單片機(jī)復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)，如圖34所示。若是引腳保持保持高電平，則單片機(jī)處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。P3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P1口：8位雙向I/O口。P0口：8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。RST：復(fù)位輸入。(13)可編程全雙工串行通道。(9)128X8位內(nèi)部RAM。(5)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年。AT89S52的主要性能包括：(1)與MCS52微控制器產(chǎn)品系列兼容。此外，可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高，所以我們可以利用單片機(jī)與超聲波技術(shù)的的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)測距。（5）溫濕度檢測模塊 CPU模塊單片機(jī)一詞最初源于“SingleChip Microputer”，簡稱“SCM”。回波信號經(jīng)超聲波傳感器接收后轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大和濾波使信號的幅度和信噪比達(dá)到一定程度，滿足信號處理的要求。單片機(jī)在接收到傳感器的信息后，將傳感器的信號轉(zhuǎn)換為距離信息，通過語音播報(bào)或振動(dòng)提示。為了更好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，根據(jù)整體配置，來細(xì)化各模塊配置。警示系統(tǒng)模塊通過AT89S52單片機(jī)控制語音模塊和控制開關(guān)，達(dá)到包括語音警示，LED燈警示效果，提醒使用者和過往車輛行人避讓，達(dá)到保障使用者安全的目的穩(wěn)壓電源模塊可以最大程度保持輸入電壓的穩(wěn)定，保持電源輸出的電壓是恒定的。系統(tǒng)測量的就是介于上限與下限距離范圍的障礙物信息。包括對超聲波的說明，超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)，超聲波測量中盲區(qū)及近限和遠(yuǎn)限，以及本次設(shè)計(jì)所要用到的超聲波測距技術(shù)的原理。，測量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是t秒，距離d可以由下列公式計(jì)算：d=33550(cm/s)*t(s)因?yàn)槁暡ń?jīng)過的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2單探頭方式就是探頭發(fā)出的超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物反射后返回至同一探頭而被接收。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。此時(shí)得到的電壓脈沖信號非常的微弱，經(jīng)過后極的放大電路等的處理后被采集處理。其中相位檢測法精度高，但是監(jiān)測范圍有限，聲波幅值檢測法易受反射波的影響，采用最多的是往返時(shí)間檢測法。這個(gè)閡值決定信噪比。 (2)采用自動(dòng)距離增益控制 采用具有自動(dòng)增益控制功能的接收放大器，使近距離的增益很小，遠(yuǎn)距離時(shí)的增益較大，這樣一方面發(fā)射信號的余震幅度變小，相應(yīng)的延續(xù)時(shí)間縮短，可以分辨出近處的接受回波信號，故可使盲區(qū)減少。距離過遠(yuǎn)時(shí)，接收到的信號太弱，以致無法從噪聲信號中分辨出來，這是遠(yuǎn)限存在的原因。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的用于產(chǎn)生和接收超聲波的器件，它既能夠把其他形式的能轉(zhuǎn)化為所需頻率的超聲能又能夠把超聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí)，推動(dòng)空氣中的微粒往復(fù)振動(dòng)而對微粒做功。因此超聲作為一種高于人的聽覺范圍的聲波，與光波和電磁波是不同的，是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播；電磁波的傳播速度為3108m/s，而超聲波的傳播速度為340m/s，其速度相對電磁波是非常緩慢的，對于相同頻率的情況下波長比較的短，因此可以提高測量的分辨率；超聲波在相同的傳播媒體里傳播速度相同，即在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)聲速不隨頻率變化，波動(dòng)的傳播方向與振動(dòng)方向是一致的，作為縱向振動(dòng)的彈性機(jī)械波，它是借助于傳播介質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)而傳播。聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波。對設(shè)計(jì)研究的大致內(nèi)容做了概述。另采用光敏電阻檢測周圍環(huán)境的亮度,并將該亮度轉(zhuǎn)化為相反邏輯的紅色警示光。本設(shè)計(jì)模仿蝙蝠的超聲應(yīng)用能力和原理，在研究現(xiàn)有的電子式超聲波測距系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用回聲定位的原理，通過傳感器發(fā)送超聲波，然后獲得并分析障礙物的回波信息，研制一套超聲波導(dǎo)盲系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)就是為了避免盲人在行走時(shí)與前方障礙相撞。如果有一種既輕巧，又便宜，同時(shí)又能及時(shí)的識別周圍障礙物并發(fā)出報(bào)警信號的智能拐杖在盲人的手中將會(huì)為盲人的生活提供極大地方便?；趩纹瑱C(jī)電子導(dǎo)盲拐杖設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1．引言 1 1 1 22．超聲波系統(tǒng)的工作原理及方案 3 超聲的概述 3 3 4 超聲測距的方案 4 53．智能導(dǎo)盲拐杖硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 6 6 7 CPU模塊 7 10 15 16 18 穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì) 19 204．智能導(dǎo)盲拐杖軟件設(shè)計(jì) 21 21 軟件設(shè)計(jì)心得 21 21 23 245系統(tǒng)的調(diào)試結(jié)果 24結(jié) 論 25參考文獻(xiàn) 27致 謝 27附錄1：部分主電路原理圖 29附錄2：部分主程序 3051天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1．引言我國曾在上世紀(jì)90年代進(jìn)行過視力殘疾狀況的調(diào)查，結(jié)果顯示，我國有視力殘疾患者近1400萬，其中盲人約就有620萬。盲人既是我們普通人民中的一員，又是一個(gè)特殊群體，他們由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我們常人會(huì)遇到更多的不方便，不能準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并躲避障礙物就是一個(gè)重要的弊端。盲人既是我們普通人民中的一員，又是一個(gè)特殊群體，他們由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我們常人會(huì)遇到更多的不方便和安全隱患。所以這一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)盲產(chǎn)品中將有廣闊的發(fā)展前景。又因?yàn)槊と瞬槐嫘腥伺c車輛在路上行走，又因夜晚能見度低，為了車輛和行人更容易避讓盲人。本章主要介紹了設(shè)計(jì)超聲波導(dǎo)盲拐杖的背景及意義。然而，由于超聲是人耳聽不到的信號，直到18世紀(jì)，人們才開始研究海豚、蝙蝠等動(dòng)物時(shí)，才推測自然界存在超聲。此外，當(dāng)振動(dòng)傳播時(shí)，振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波而移動(dòng)，只是在自己的平衡位置附近振動(dòng)而已，這與電磁波（交變電磁場以光速在空間的傳播）是完全不相同的，與光波也不同。但超聲波作為一種特殊的聲波，同時(shí)又具有方向性好，加速快等特點(diǎn)，而且波長很短，只有幾厘米，有的甚至千分之幾毫米，因此與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異的特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，這一特性就會(huì)越顯著。由于超聲波頻率比較高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的。 用往返時(shí)間檢測法測量距離時(shí)，障礙物與超聲波傳感器間的距離既不能太遠(yuǎn)也不能太近，存在著距離測量的近限和遠(yuǎn)限。減小盲區(qū)措施 ：(1)壓縮發(fā)射脈沖寬度 發(fā)射端采用減幅振蕩脈沖或單個(gè)脈沖，可使余震(拖尾)減少，此法常用于短距離測量距離。量程主要決定于接收信號的幅值應(yīng)大于規(guī)定的闡值。超聲測距的方法分為相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時(shí)間檢測法等。傳感器在接收到反射回來的回波信號后再次將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕牟▌?dòng)。聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。 本章對設(shè)計(jì)中用到的超聲波技術(shù)進(jìn)行了一個(gè)系統(tǒng)性的說明。由于超聲在空氣中傳播有衰減，加上環(huán)境以及電路本身的噪聲干擾，測量距離有一定的上限，超過上限距離的障礙物的回波將無法檢測到；同時(shí)由于發(fā)射超聲波對接收超探頭的影響，測量距離存在下限，低于下限距離的障礙物回波將無法與干擾信號區(qū)別開。通過控制開關(guān)，可控制語音模塊對實(shí)時(shí)的溫度和時(shí)間的進(jìn)行播報(bào)。在設(shè)計(jì)之前，必須要對整個(gè)智能導(dǎo)盲拐杖的各部分構(gòu)造有一個(gè)大致的了解。圖31 智能導(dǎo)盲預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖該系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波發(fā)射接收電路、液晶顯示電路、語音模塊及光警提示模塊等組成，控制核心為單片機(jī)?；夭ㄐ盘柕慕邮沼汕爸帽壤糯箅娐?、程控放大電路和濾波電路四部分構(gòu)成。（4）語音播報(bào)模塊該模塊主要播報(bào)警示音，及對時(shí)間進(jìn)行播報(bào)。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案。芯片上的 FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。(4)存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入/擦除1000次。(8)程序存儲(chǔ)器具有3級鎖存保護(hù)。(12)中斷結(jié)構(gòu)具有5個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級。GND：接地。XTAL2：來自反向振蕩放大器的輸出。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。AT89S52功耗低、性能高其具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。 圖33單片機(jī)電路結(jié)構(gòu)在89S52單片機(jī)的引腳RST接持續(xù)兩個(gè)周期的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。 圖35各傳感器性能比較綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件，所以本設(shè)計(jì)測距模塊采用的是超聲波方案，并在超聲波測距技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡化和改進(jìn)。 圖36 HCSR04超聲波測距模塊實(shí)物圖HCSR04超聲波測距模塊可提供2cm~400cm的非接觸式距離感測功能，精度可達(dá)2mm，模塊包括超聲波發(fā)送接收和控制電路。（3） 有信號時(shí)，通過IO口ECHO輸出高電平，高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。圖37發(fā)射聲壓方位特性圖HRSR04型超聲波集成模塊的工作電壓為5V，而且此模塊的靜態(tài)工作電流是小于2mA的，工作時(shí)候相對穩(wěn)定。采用I/O觸發(fā)測距，需給至少10 us的高電平信號。依據(jù)電路需要，發(fā)射電路滿足下列要求:(1) 振蕩電路振蕩頻率可調(diào): 振蕩電路的實(shí)現(xiàn)目的是為超聲波傳感器提供40KHz脈沖。如圖310所示超聲波傳感器驅(qū)動(dòng)電路原理圖。因此為了加大超聲波測距系統(tǒng)的量程范圍，需加以驅(qū)動(dòng)電路如圖311所示。這種電路比較簡單，放大倍數(shù)容易調(diào)整圖311超聲波驅(qū)動(dòng)放大電路原理圖本次設(shè)計(jì)選擇了各項(xiàng)性能優(yōu)越的LM387作為放大器，其能充分滿足放大的要求，可雙電源供電，考慮到電源的問題，采用單電源供電，因此設(shè)計(jì)了電壓跟隨器提供4V的基準(zhǔn)電壓，可以有效防止干擾。使用者到障礙物距離=（高電