【正文】 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。然后在連接電路的過程中，一定要注意元件連接細(xì)節(jié)，比如，蜂鳴器，二極管有正負(fù)極之分，三極管、按鈕開關(guān)有引腳連接順序?；厥姿哪甑拇髮W(xué)學(xué)習(xí)時光，一方面是要靠老師的指導(dǎo)，不斷地拓展新的事物，讓我們學(xué)習(xí)到更多的學(xué)術(shù)理論，并能有效地運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。這需要一個過程，首先從 STC89C52 單片機(jī)開始，要對 STC89C52 單片機(jī)的應(yīng)用有了初步的了解。為了有一個明確的研究方案，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)起始階段，一定要整理好了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，并且要看很多關(guān)于智能小車的視頻，激發(fā) 興趣。 測試結(jié)果分析 22 本次設(shè)計(jì)的超聲波測距系統(tǒng)，能夠檢測到距離為 2cm200cm 范圍內(nèi)的障礙物，距離測量的誤差在 2cm 以內(nèi)，并能在規(guī)定的距離 10cm 內(nèi)進(jìn)行報(bào)警提示。相反，如果超聲信號尚未被發(fā)現(xiàn)，然而此時定時器快溢出，那么外部中斷 1 就會把定時器 T1 溢出進(jìn)行中斷關(guān)閉，將完成測距任務(wù)的信號賦值 0，代表著此次測距不成功 [18]。 圖 17 主程序流程圖 如上圖 17 所示是在系統(tǒng)接通電源之后，單片機(jī)首先執(zhí)行的是系統(tǒng)初始化程序，緊接著單片機(jī)主控制器，給超聲波傳感器發(fā)出信號，控制超聲波傳感器的發(fā)射端產(chǎn)生超聲波，同時系統(tǒng)的計(jì)時工作由定時器 T1 開始負(fù)責(zé)。超聲波的優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在可以定向發(fā)射，方向把控能力強(qiáng)，信號強(qiáng)度易于控制，基于這些優(yōu)點(diǎn)，超聲波技術(shù)成為了液體測量的主要手段，但是在比較精密的液體測量中要求測量精度達(dá)到毫米級精度，就目前國內(nèi)的超聲波測距儀都只能達(dá)到厘米級精度要求，所以目前技術(shù)領(lǐng)域還需要做不斷的研究。由此便能很容易計(jì)算出試驗(yàn)中的智能小車與障礙物之間的距離：測試距離 =(高電平時間 *聲速 )/2。且回響信號的脈沖寬度與所測的距離成線性比例。如圖 13 示為聲音報(bào)警電路 [11]。如圖 11 示為復(fù)位電路。 圖 9 電源電路 3 節(jié) 電池為整個電路系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電源保障，另外，為了使系統(tǒng)在上電之后有一個直觀的表現(xiàn)，我在電源電路中加了一個二極管作為電源指示燈，若電源通電，二極管則為常亮狀態(tài)。由于發(fā)送的超聲波頻率為 40kHz 左右，為了提高超聲波接收器能夠準(zhǔn)確接受到反 射波，也為了避免其他頻率信號的干擾，我在調(diào)整相關(guān)元件的時候，將 40kHz 設(shè)置為鎖相環(huán)的中心頻率，這樣一來，鎖相環(huán)電路很大程度上只能響應(yīng)該頻率的信號，有利于其對反射波的接收。超聲波的接收器、兩級放大電路和鎖相環(huán)電路則構(gòu)成了超聲波傳感器的接收電路。 第二個衡量參數(shù)是傳感器的工作溫度。 圖 3 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器的探頭由分為兩種，一種是用于發(fā)射， 稱為發(fā)射探頭，一種是用于接收，稱為接收探頭。但 是和 P1 端口有所區(qū)別的是：當(dāng)單片機(jī)訪問存儲器時， P2 口在對片內(nèi)程序存儲器（ EPROM 型）進(jìn)行程序編程和校驗(yàn)時，用做高 8 位地址總線。 （ 4）多功能 I/O 端口引腳 由圖可知， STC89C52 一共具有 4 類 I/O 端口，分別是 P0、 P P P3 口。 下面具體的介紹 STC89C52 的強(qiáng)大內(nèi)置功能，低功耗高性能的特點(diǎn)是 STC89C52 單片機(jī)主要吸引單片機(jī)設(shè)計(jì)愛好者的重大因素之一，它所據(jù)有的引腳數(shù)一共有 40 個，其中 32 個引腳可以作為外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時負(fù)責(zé)內(nèi)含外部中斷口有 4 個， 3 個 16 位可編程定時計(jì)數(shù)器， 2 個全雙工串行通信口 等等， STC89C52 都將這些功能與 通用的微處理器和Flash 存儲器結(jié)合在一起，這樣一來又讓 STC89C52 的高性價比得到了提升，另外讓 Flash 存儲器實(shí)現(xiàn)了可反復(fù)擦寫，不僅利于愛好者們的多次試驗(yàn)測試還可有效地降低開發(fā)成本。 6 S T C 8 9 C 5 2超 聲 波發(fā) 射 電 路超 聲 波接 收 電 路蜂 鳴 器數(shù) 碼 管按 鍵復(fù) 位 電 路電 源 電 路時 鐘 電 路 圖 1 系統(tǒng)方框圖 3 硬件電路及模塊單元設(shè)計(jì) 主要元件介紹 STC89C52 單片機(jī) 單片機(jī)是指將具有強(qiáng)大運(yùn)算功能的系統(tǒng)集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)思路 課程設(shè)計(jì)的想要實(shí)現(xiàn)的功能決定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。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 5 發(fā)射信號，就將停止計(jì)時的指令回復(fù)給單片機(jī)的時鐘電路，與此同時時鐘電路停止計(jì)時。因此我把目標(biāo)集中在了運(yùn)用單片機(jī)搭載超聲波傳感器的 設(shè)計(jì)上。因此，我把超聲波測距系統(tǒng)應(yīng)用在本次智能小車測距設(shè)計(jì) 上 ，以實(shí)現(xiàn)智能小車能準(zhǔn)確而實(shí)時地進(jìn)行測距報(bào)警功能。由于超聲波潛在的利用價值極大，人們經(jīng)過了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)研發(fā)出了多種多樣的超聲波發(fā)生器。因?yàn)槌暡ǖ念l率相比 于普通的聲波而言，超聲波具有更高的振動頻率，所以介質(zhì)分子可以通過超聲波的振動獲得更大的能量，換句話來說，介質(zhì)分子要想得到足夠大的能量，完全可以利用超聲波的能量傳播特性實(shí)現(xiàn)。另外，當(dāng)超聲波的聲波射線 由 物質(zhì)一進(jìn)入物質(zhì)二時，我們前面已經(jīng)推論過，事實(shí)是它也會像光線那樣產(chǎn)生折射現(xiàn)象。然而當(dāng)聲波的振動頻率在 20～ 20xx0 赫茲區(qū)間之外時，人類的聽覺便感知不到了。值得一提的是在單 2 片機(jī)的操作位數(shù)方面，更是推出了 8 位和 16 位的單片機(jī)。正是由于超聲波具備了以上的良好特性，超聲波被應(yīng)用于空氣中的測距，此外超聲波在其他特殊環(huán)境下也 有較廣泛的應(yīng)用前景。 Ultrasonic sensor。 關(guān)鍵詞： 超聲波傳感器； STC89C52 單片機(jī)；測距 Wireless distance measurement system based on MCU Qinzhou Major of Electrical Engineering and Automation of College of BinJiang of Nanjing University of Information amp。 本次課題設(shè)計(jì)主要采用了超聲波在測距領(lǐng)域的 精確測距的特性，我們將基于單片機(jī)的超聲波測距儀應(yīng)用于智能小車地尾部，模擬真實(shí)環(huán)境下的防追尾測距系統(tǒng)的功能應(yīng)用。初級階段的單片機(jī)受到指令系統(tǒng)執(zhí)行能力差、計(jì)算機(jī)本身的存儲容量又不大，并且普遍是小容量、再加上與外部的接口數(shù)量和能互相匹配上的接口類型很少等等，這些因素在很大程度上造成了對集成電路發(fā)展的限制，由于技術(shù)還處于起步階段，早期的單片機(jī)只能達(dá)到實(shí)現(xiàn)簡單的功能運(yùn)行效果，最終也導(dǎo)致單片機(jī)在性能與造價上不成正比。 超聲波簡介 我們知道，當(dāng)物體振動時會發(fā)生波動，同時也會發(fā)出聲音。 眾所周知光線發(fā)射出去之后，遇到不同性質(zhì)的物體能夠發(fā)生一定角度的折回，也就是我們常說的反射、當(dāng)光線穿過某一物質(zhì)時，它會發(fā)生一定角度的偏離即折射，當(dāng)然也能在一個固定的地點(diǎn)上聚集起來，我們稱之為聚焦。那超聲波強(qiáng)大的功率是從何而來的呢 ?這是主要因?yàn)椋寒?dāng)聲波產(chǎn)生之后總有一個途徑會讓他傳播出去，那它在這種介質(zhì)中傳播的過程中，聲波的傳播作用改變了介質(zhì)分子原來的靜止?fàn)顟B(tài)，而且在聲波的帶動下，介質(zhì)分子振動的頻率慢慢地趨向于聲波的振動頻率，不僅僅是振動頻率，就連介質(zhì)分子的振動速度也是取決于聲波的振動頻率，頻率越高那么速度就越大。 通過直線而不是曲線進(jìn)行傳播，是超聲波傳播的主要方式。另外，超聲波還具有的一個良好的特性就是超聲波能夠在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行測量，方向把控能力強(qiáng)且能量消耗緩慢，這些特性為超聲波能夠更遠(yuǎn)的傳播奠定了基礎(chǔ)。這使 得在測距儀的應(yīng)用上，保證了整個系統(tǒng)的正常使用。我們目前已經(jīng)知道了速度，接下來求得聲波的傳播時間，就能輕易算出這之間的距離。 超聲波能夠在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行測量，較強(qiáng)的方向把控能力且能量消耗緩慢，這些特性為超聲波能夠更遠(yuǎn)的傳播奠定了基礎(chǔ)，這恰好能被應(yīng)用在距離測量的領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報(bào)警機(jī)制是整個硬件電路的主要組成模塊。而在內(nèi)部性能方面， STC89C52 單片機(jī)則表現(xiàn)的更為強(qiáng)大，它的強(qiáng)大主要表現(xiàn)在：不僅對電壓值的要求低，以便滿足普通的小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求與實(shí)際的運(yùn)用，另外STC89C52 還搭載了 高性能 CMOS 8 位 微控制器 內(nèi)含 8k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的 Flash，只讀程序存儲器（ ROM）和 512k 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 （ RAM）， 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，這使得 STC89C52 在功能表現(xiàn)好不遜色，足以完成普遍的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。在接法上，應(yīng)將外部晶振的兩個引腳分別接在 XTAL1 與 XTAL2 端口上，另外由于使用的情況不同，兩個端口接法也有所差異。 單片機(jī)的第 1～ 8 引腳分別是 P1 口的 ～ 端口，與 P0 口所不同的是： P1 口是 8位具有內(nèi)部上拉電路的準(zhǔn)雙向 I/O 端口。 超聲波傳感器 我們通常提到的超聲波傳感器具體來講是這樣的一種傳感型設(shè)備：它一方面可以自己產(chǎn)生一定頻率的超聲波，在產(chǎn)生超聲波之后，與此同時它也可以接收碰到被攝物而被反射過來的聲波信號。 另外，衡量超聲波傳感器的優(yōu)勢和性能特點(diǎn)主要依靠以下三個參數(shù)： 第一個衡量參數(shù)是傳感器的工作頻率。 電路設(shè)計(jì) 針對本次課程設(shè)計(jì)的目的和要求，我把系統(tǒng)的整體硬件電路主要劃分成超聲波接口電路，單片機(jī)的最小系統(tǒng)、數(shù)碼管的顯示電路、蜂鳴 器的報(bào)警電路、電源接口電路，按鍵電路六大主要硬件部分來做，最后他們之間通過軟件指令的形式連接在一起 [4]。 圖 6 超聲波發(fā)射電路原理圖 超聲波接收電路 與發(fā)射電路所不同的是，超聲波傳感器的接收電路由三部分構(gòu)成。超聲波傳感器的測距功能就是這樣實(shí)現(xiàn)的：通過發(fā)射器發(fā)射信號，然后接收器收到的回響信 號，最后送到最小系統(tǒng)處理運(yùn)算，得到兩者之間的時間間隔，系統(tǒng)就可以計(jì)算得到距離了 [7]。在實(shí)驗(yàn)的過程中為了控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行或者為了提高對系統(tǒng)的干預(yù)性，本次設(shè)計(jì)采用的是電平式開關(guān)與上電復(fù)位電路，以此來強(qiáng)制對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。 舉一個具體的例子來講，如果我把振動頻率 12MHZ 作為外接石英晶體振蕩器，由此可以推算出：一個振蕩周期為 1/12us，那機(jī)器周期 =振蕩周期 *12，所以當(dāng)頻率為 12MHZ 時，機(jī)器的周期就為 1us。 超聲波傳感器包括以下三個功能模塊：超聲波發(fā)射器負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波、接收器負(fù)責(zé)接收接收回波以及總體的控制電路。 在此系統(tǒng)中我采用 晶振作為單片機(jī)最小系統(tǒng)的時鐘電路模塊。 測距公式為： S=V*T。要想讓單片機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能效果，是離不開單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)，我們可以理解為程序就像一條條指令一樣教導(dǎo)單片機(jī)完成各種任務(wù)。通過對本次電路運(yùn)算過程的分析，我選擇用外部中斷 1 來檢測遇到障礙物之后所返回來的超聲波信號，以此來實(shí)現(xiàn)超聲波測距儀接收中斷程序 [17]。 圖 19 實(shí)物展示圖 故障調(diào)試分析 （ 1）線路錯誤 在實(shí)際的焊接硬件電路的過程中，由于線路走線較多，所以極其容易焊錯電路。 （ 3）由于受到數(shù)碼管的位數(shù)限制，測距系統(tǒng)目前只能精確顯示到 厘米級別。我們先將系統(tǒng)分成多個小模塊，并將工作細(xì)節(jié)到個人。當(dāng)然，在完成整個無線測距儀的設(shè)計(jì)過程中，遇到過很多問題，我們要有一個不怕出現(xiàn)問題，迎難而上的決心！經(jīng)歷過一段時間過后，畢設(shè)硬件電路設(shè)計(jì)，軟件調(diào)試基本完成。該系統(tǒng)能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低是該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。本次的課程也是在毛老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，在完成論文期間，得到了毛老師的大量耐心的指導(dǎo)和諄諄教誨，提出了諸多寶貴意見，讓我獲益匪淺，也在論文完成的道路上避免了很多錯誤，毛老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的鉆研精神 ，求實(shí)的工作作風(fēng)和淵博的學(xué)識深深地激勵和鼓舞著我，在此衷心感謝毛老師對我的關(guān)心和指導(dǎo)以及和我一起做設(shè)計(jì)的其他同學(xué)。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 、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(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。除了文中特別加以標(biāo)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。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在自己的切身感受下，我在很多方面都有了很多的收獲。 本次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)無線測距的報(bào)警系統(tǒng)。 （ 3）程序設(shè)計(jì)與系統(tǒng)硬件電路的整合：在單獨(dú)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。在同學(xué)之間的互相幫助和老師的精心指導(dǎo)下，我們對系統(tǒng)改進(jìn)也更加得心應(yīng)手，設(shè)計(jì)出了簡約、實(shí)用、符合日常使用習(xí)慣的系統(tǒng)。下面羅列幾點(diǎn)我在實(shí)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(zhì)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。 在單片機(jī)的最小系統(tǒng)經(jīng)過測試能