【文章內(nèi)容簡介】 圖 61 板實(shí)物圖 超聲波測距模組 超聲波測距模組是為方便學(xué) 生進(jìn)行單片機(jī)接口方面的學(xué)習(xí)專門設(shè)計(jì)的模塊，超聲波測距模組可以方便地和 61板連接，可應(yīng)用在小距離測距、機(jī)器人檢測、障礙物檢測等方面，可用于驗(yàn)證方車輛倒車?yán)走_(dá)以及家居安防系統(tǒng)等應(yīng)用方案驗(yàn)證。下圖 為超聲波測距模組的結(jié)超聲波倒車?yán)走_(dá) ６ 構(gòu)框圖： 圖 ３ .３ 超聲波測距模組結(jié)構(gòu)圖 主要功能 : 三種測距模式選擇跳線 J1（短距、中距、可調(diào)距）： 1. 短距： 10cm~80cm 左右（根據(jù)被測物表面材料決定）； 2. 中距： 80cm~400cm 左右（根據(jù)被測物表面材料決定）； 3. 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定； 使用方法： 一般應(yīng)用時(shí)，只需要用 10PIN 排線把 J8 與 SPCE061A 的 IOB 低八位接口接起來，同時(shí)設(shè)置好 J J J2 跳線就完成硬件的連接了。不同測距模式的選擇只需改變測距模式跳線 J1的連接方法即可。提供給模組的電源必須在 ，而且盡量保持電源電壓的穩(wěn)定。模組工作的性能與被測物表面材料有很大關(guān)系，如毛料、布料對超聲波的反射率很小，會嚴(yán)重影響測量結(jié)果。 電源輸入 : 模組提供了兩種電源輸入方式，一為用 61板通過 10PIN 排線為模組供電（ 61 板上 J5 選擇 5V 要求最好不要低于 ），此時(shí)要把 J9 跳到 5V的一 端；另一為直接為模組供電，通過模組上的電源輸入口 J7引入，此時(shí)需要把 J9 跳線跳到 IN 的一端。外接電源僅是為了給模組提高超聲波發(fā)射功率、提高后級運(yùn)放性能用，最高不要超過 12V。 模組外接電源接口（ J7）以及供電方式選擇跳線（ J9）如圖 所示： 超聲波倒車?yán)走_(dá) ７ 圖 ３ .４ 模組外接電源接口及供電方式選擇跳線 測距模式選擇 : 聲波測距時(shí)，超存在余波干擾問題，所以針對不同測距范圍會有不同的處理方法。模組提供了測距模式選擇跳線（ J1），可以選擇短距測量模式、中距測量模式，或距離可調(diào)模式。而針對前兩 種測量模式，提供了不同參數(shù)的范例程序，跳線選擇不同的模式時(shí)，要選用相對應(yīng)的程序進(jìn)行測量；跳線選擇 LOW 時(shí)為近距測量模式，選擇 HIG 時(shí)為中距測量例程，選擇 SET時(shí)為距離可調(diào)模式；凌陽科技大學(xué)計(jì)劃網(wǎng)站上提供了短距測量模式和中距測量模式的完整源程序。 如果用戶對超聲波測量原理有較深的了解，可以選用距離可調(diào)（ SET）模式。模組測距模式（測量距離范圍）選擇跳線 J1 如圖 ： 超聲波倒車?yán)走_(dá) ８ 圖 ３ .５ 模組測距模式選擇跳線 使用方式： 使用時(shí)，用戶需把前面的電源輸入跳線 J模式選擇跳線 J1 設(shè)置好后，還要把跳線 J2短接起來，然后利用排線把 J8 與 SPCE061A 的 IOB 口低八位端口相接，即可使用了。使用時(shí)J2跳線和 J8 跳線的連接方法如下圖 ： 圖 J2 跳線和 J8 接口的位置示意圖 超聲波倒車?yán)走_(dá) ９ 轉(zhuǎn)接板 因?yàn)槭褂枚嘟M超聲波模組，本方案需要使用一塊 CD4052 模擬開關(guān)制作的轉(zhuǎn)接板。本方案設(shè)計(jì)，會涉及到多路傳感器選通控制，所以為了可靠地實(shí)現(xiàn)硬件的連接，需要制作一個(gè)利用模擬開關(guān)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接板。超聲波測距模組在使用時(shí)，只需要兩個(gè)端口就可完成測距，一個(gè)控制超聲波的發(fā)射，一個(gè)是檢測超 聲波信號的接收信號；而在超聲波測距模組中，這兩個(gè)信號都為數(shù)字信號，對模擬開關(guān)的要求并不嚴(yán)格，所以選用 CD4052 作為模擬開關(guān)器件。 CD4052相當(dāng)于一個(gè)雙刀四擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 2位地址碼 A0、 A1 來決定。其真值表見下表。“ /E”是禁止端，當(dāng)“ /E” =1 時(shí)，各通道均不接通。此外， CD4051 還設(shè)有另一個(gè)電源端 VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá) 15V 的交流信號。例如，若模擬開關(guān)的供電電源 VDD=＋ 5V， VSS=0V，當(dāng) VEE=－ 5V 時(shí)，只要對此模擬開關(guān)施加 0～ 5V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為－ 5V～＋ 5V的模擬信號。 CD4052 的真值表 INPUTS CHANNEL ON E A1 A0 L L L L H L L H H X L H L H X Y0AZA:Y0BZB Y1AZA:Y1BZB Y2AZA:Y2BZB Y3AZA:Y3BZB none ， 超聲波倒車?yán)走_(dá) １０ 圖 CD4052 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 CD4052 的引腳圖 超聲波倒車?yán)走_(dá) １１ 第四章 系統(tǒng)總體方案介紹 本系統(tǒng)以 SPCE061A 為核心，使用凌陽科技教育推廣中心的 61 板，三個(gè)超聲波測距模組依次排布，組成線陣的傳感器陣列；另外，接有轉(zhuǎn)接板、發(fā)光二極管顯示模塊。系統(tǒng)組成以下圖所示： 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 SPCE061A 單片機(jī)作為主控芯片，通過 I/O 端口來控制 CD4052，以選擇不同的傳感器通道；本方案采用 IOB0 和 IOB1 控制 CD4052 的 A0 和 A1，而 IOB2 作為檢測超聲波模組返回的信號， IOB3 作為控制超聲波模組發(fā)射超聲波信號的使能控制端口。這樣通過 CD4052 的通道切換，就可以利用較少的端口來完成多個(gè)模組的切換使用了。 另外，超聲波測距模組采用的是脈沖測量法，其實(shí)是測量發(fā)射超聲波的時(shí)刻與接收到反射回波信號的時(shí)刻之間的時(shí)差，利用超聲波在空氣中傳播速度已知的條件，計(jì)算出被測目標(biāo)與傳感器之間的距離。而為了保證測量的可靠，檢測回波信號時(shí)，采用 SPCE061A 的外部中斷對回波的上升沿進(jìn)行檢測，而且利用定時(shí)器 B 進(jìn)行計(jì)時(shí)。在顯示控制方面，系統(tǒng)分別利用 IOAIOA IOA10 三個(gè)端口控制三個(gè)發(fā)光二極管。 超聲波倒車?yán)走_(dá) １２ 第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) SPCE061A SPCE061A SPCE061A 最小系統(tǒng)包括 SPCE061A 芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（ OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（ PLL）、復(fù)位電路（ RESET）、指示燈（ LED）等，如下圖所示。 圖 SPCEA061A 最小系統(tǒng) 本系統(tǒng)，有關(guān) SPCE061A 單片機(jī)最 小系統(tǒng)的各個(gè)模塊都做在 61板中，讀者可以查閱 61 板的電路原理圖。 電源模塊 SPCE061A 的內(nèi)核供電為 ，而 I/O端口可接 也可以接 5V，所以在電源模塊（ 61板上）中有一個(gè)端口電平選擇跳線，如圖中的 J5，但是為了本系統(tǒng)可以可靠的工作，需要給61板外接 5V 的電源，并將 61板的端口電平選擇為 5V，即 J5用跳線帽將 V5 和 VDDH 短接。 下圖為 61板上的電源模塊圖。 超聲波倒車?yán)走_(dá) １３ 圖 電源模塊 由于本系統(tǒng)需要的端口高電平為 5V，所以圖 J5 跳線需要跳到 1和 2上。 放音模塊 語音提示。放音利用的是 SPCE061A 內(nèi)部的 DAC，電路如圖 。圖中的 SPY0030 是凌陽公司的產(chǎn)品。和 LM386 相比， SPY0030 還是比較有優(yōu)勢的，比如 LM386 工作電壓需在 4V以上，而 SPY0030 僅需 (兩顆電池 )即可工作； LM386 輸出功率 100mW 以下， SPY0030 約700mW。其他特性請參考 SPY0030 的數(shù)據(jù)手冊。 圖 放音模塊電路圖 超聲波測距 模組電路原理 超聲波諧振頻率發(fā)生電路，調(diào)理電路 NE555 和電容電阻組成的電路產(chǎn)生 40KHz 的方波，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振；而后面的 CD4049 則對 40KHz 頻率信號進(jìn)行調(diào)理。 PLUS_EN1 是超聲波信號發(fā)射的使能控制端口，當(dāng)該端口接低電平時(shí)，模組將不能發(fā)射超聲波信號，即 40KHz 的方波。 超聲波倒車?yán)走_(dá) １４ 圖 超聲波諧振頻率發(fā)生電路、調(diào)理電路 超聲波回波接受處理電路 超聲波接收處理部分電路前級采用 NE5532 構(gòu)成 10000 倍放大器，對接收信號進(jìn)行放大；后級采用 LM311 比較器對接 收信號進(jìn)行調(diào)整，比較電壓為 LM311 的 3管腳處，可由 J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。在放大器與比較器之間用 PNP 三極管（ 8550）作為通路選擇，本方案需要將此通路選擇跳線短接上，即把 J2短接，固定使三極管導(dǎo)通即可。 圖 超聲波回波接受處理電路 超聲波測距模組電源接口 J7 為超