【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塊執(zhí)行命令。 超聲波測(cè)距儀 此模塊目標(biāo)是利用 HCSR04超聲波測(cè)距模塊測(cè)量距離。通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中遇到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器接收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為 c（本次設(shè)計(jì)默認(rèn)值為 340m/s），從超聲波信號(hào)發(fā)送到接收器接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間為 t，由此可以計(jì)算出超聲波發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 s。計(jì)算公式： s=(ct)/2其中， s為被測(cè)物 與測(cè)距儀的距離， c為聲速， t為聲波往返所用的時(shí)間。要設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距儀，首先超聲波傳感器發(fā)射部分發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)要讓定時(shí)器 0開(kāi)始計(jì)時(shí)；再要讓超聲波傳感器接受部分接受超聲波信號(hào)的同時(shí)讓定時(shí)器停止計(jì)時(shí)；最后要使計(jì)時(shí)的時(shí)間轉(zhuǎn)換為測(cè)量的距離，并且要達(dá)到一定的精度。這個(gè)設(shè)計(jì)中，在發(fā)射超聲波信號(hào)的同時(shí)打開(kāi)了總中斷，用定時(shí)器 0計(jì)時(shí)，接收超聲波信號(hào)的同時(shí)，用外部中斷 0關(guān)閉總中斷，這時(shí)定時(shí)器 0中斷停止計(jì)時(shí)，定時(shí)器 0中斷定時(shí)時(shí)間定為 294us（超聲波傳播經(jīng)過(guò) ）來(lái)計(jì)數(shù)。這樣可以把測(cè)量的 11 時(shí)間轉(zhuǎn)化為測(cè)量的距離 值，又可以使測(cè)量達(dá)到所需要的精度。 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、定時(shí)子程序、計(jì)算子程序及顯示子程序組成。設(shè)計(jì)中單片機(jī)內(nèi)的程序開(kāi)了定時(shí)器 0中斷和外部中斷 0，使定時(shí)器工作在方式 1狀態(tài)，使THO=00H， TL0=00H，每過(guò) 294us（超聲波傳播 ）中斷一次 ,到到對(duì)測(cè)量距離計(jì)數(shù) ,外部中斷 0接受到超聲波回波時(shí) 。 外部中斷 0產(chǎn)生中斷 ,使定時(shí)器 0停止計(jì)時(shí)。 電氣參數(shù)如表 。 表 HCSR04超聲波模塊的電氣參數(shù) 電氣參數(shù) HCSR04超聲波模塊 工作電壓 DC5V 工作電流 15mA 工作頻率 40Hz 最遠(yuǎn)射程 4m 最近射程 2cm 測(cè)量角度 15度 輸入觸發(fā)信號(hào) 10μS的 TTL脈沖 輸出回想信號(hào) 輸出 TTL電平信號(hào)，與射程成正比 規(guī)格尺寸 45*20*15mm 鍵盤 鍵盤選用輕觸開(kāi)關(guān)，只用三個(gè)鍵來(lái)輸入，它們的功能分別為 “加一 ”， “減一 ”和 “設(shè)定 ”三個(gè)功能按鍵，詳細(xì)電路和程序見(jiàn)后面章節(jié)。 硬件電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路 DS18B20 為單總線器件，接口電路簡(jiǎn)單，如下圖 所示 。 圖 溫度采集電 路 12 溫度控制電路 本設(shè)計(jì)由于考慮到了系統(tǒng)工作時(shí)的安全性，故使用功率較小的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)水溫的加熱。并用 IRF640 來(lái) 驅(qū)動(dòng)電路工作，其 mos 管開(kāi)關(guān)電路中要用到 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)代替開(kāi)關(guān)，場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極 S、漏極 D 和控制極 在給源極和漏極之間加上正確極性和大小的電壓（因?yàn)楣苄投悾┖螅俳o G 極和源極之間加上控制電壓，就會(huì)有相應(yīng)大小的電流從源極流向漏極 ，如果信號(hào)電壓夠大，這個(gè)電路就能瞬間飽和而成為一個(gè)開(kāi)關(guān)了。 GS 間加電壓， DS 間就可以導(dǎo)通， 從而電阻絲的工作電路導(dǎo)通。來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱的效果。 其接線如圖 所示 。 圖 溫度控制電路 LCD1602 液晶顯示電路 將 L1602的 RS端和 ， R/W端和 , E 端和 ，當(dāng) RS=0時(shí)，對(duì) LCD1602寫(xiě)入指令；當(dāng) RS=1時(shí)，對(duì) LCD1602寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng) R/W端接高電平時(shí)芯片處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，反之處于寫(xiě)數(shù)據(jù)狀態(tài)， E端為使能信號(hào)端。當(dāng) R/W為高電平 ,E端也為高電平， RS為低電平時(shí)，液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。圖 1602液晶顯示屏與單片機(jī)的硬件連接圖。 13 圖 LCD1602 顯示電路 水位監(jiān)測(cè)電路 HCSR04 超聲波測(cè)距模塊可提供 2CM44000CM 的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度 可達(dá) 3MM。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 基本工作原理： （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10US 的高電平信號(hào)； （ 2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40KHz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回； （ 3）有信號(hào)返回，通過(guò) IO 口 ECH0 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。 由 通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。 公式： 距離 =高電平時(shí)間 *聲速 （ 340m/s） /2，其硬件連接圖如圖 所示。 14 圖 水位監(jiān)測(cè)電路 鍵盤電路 本鍵盤電路采用獨(dú)立鍵設(shè)計(jì)，三個(gè)鍵接到單片機(jī)的三個(gè)中斷源上。當(dāng)按下時(shí)為低電平。 其中 S2 為 “確認(rèn) ”鍵、 S3 為 “減一 ”鍵 、 S4 為 “加一 ”鍵 。 接線圖如圖 所示。 圖 鍵盤電路 水位控制電路 本設(shè)計(jì)的水位控制模塊采用 由 L9110 芯片驅(qū)動(dòng)的齒輪泵來(lái)實(shí)現(xiàn)抽水，注水動(dòng)作。 L9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠 性提高。該芯片有兩個(gè) TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有 較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò) 800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) ；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開(kāi)關(guān)功率管的使用上安全可靠。 管腳定義如 表 所示。 15 表 L9110 管腳定義 序號(hào) 符號(hào) 功能 1 OA A 路輸出管腳 2 VCC 電源電壓 3 VCC 電源電壓 4 OB B 路輸出 管腳 5 GND 地線 6 IA A 路輸入管腳 7 IB B 路輸入管腳 8 GND 地線 芯片 L9110 的 IB 引腳連接單片機(jī)的 引腳。 IA 接 。并通過(guò)判斷 IA,IB 兩處極性來(lái) 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) ，當(dāng) IA,IB 極性相同的時(shí)候電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn)；若 A 路電平高于 B，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn)。 從而實(shí)現(xiàn)抽水、注水的過(guò)程，達(dá)到自動(dòng)控制液位的目的。 其原理圖如圖 所示。 圖 水位控制電路 語(yǔ)音播報(bào)電路 NY3P035 是一款具有 PWM 輸出的 OTP 語(yǔ)音標(biāo)準(zhǔn)芯片。共有 3 個(gè) IO 口，外圍 最低僅需要一個(gè) 104 電容就可以穩(wěn)定的工作。 性能 優(yōu)點(diǎn)： 工作電壓 ，適用范圍很寬。輸出方式： PWM 有 8PIN， DIP8 或者 SOP8 封 16 裝片，或者裸片可以選擇，可以燒錄裸片出貨的 OTP 語(yǔ)音芯片，喇叭是 8 歐 16 歐范圍內(nèi)的任何喇叭。此芯片是特定的固定標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以通過(guò)單片機(jī)最少一個(gè) IO 口控制多達(dá) 32 段聲音任意調(diào)用和組合的語(yǔ)音標(biāo)準(zhǔn)芯片。通常最常用的控制方式是 3 個(gè) IO，芯片基本腳位 。其電路圖如圖 所示。 圖 語(yǔ)音播報(bào)電路 17 第三 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序結(jié)構(gòu)說(shuō)明 任何一個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)都離不開(kāi)硬件電路的連接，所以本次硬件設(shè)計(jì)的高度模塊化決定了軟件設(shè)計(jì)的模塊化。 其程序結(jié)構(gòu)應(yīng)包括：主控程序模塊、鍵盤掃描及處理子程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、顯示等子程序幾個(gè)部分。 主控程序模塊在整個(gè)結(jié)構(gòu)中充當(dāng)管理者，管理所有子程序的調(diào)用。它主要負(fù)責(zé)初始化各個(gè) I/O 口，等待鍵盤事件的發(fā)生，并做出相應(yīng)的處理。并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用數(shù)據(jù)采集程序，并將采集到的數(shù)據(jù)與鍵盤設(shè)定值比較。再通過(guò)計(jì)算后用于控制繼電器的通斷，從而控制電機(jī)等，來(lái)達(dá)到水溫水位的調(diào)整。 程序 流程圖 主程序 程序按照模塊化設(shè)計(jì)，所有功能都可通過(guò)調(diào)用子程序完成，主程序較簡(jiǎn)單，流程圖如圖 所示。 18 開(kāi) 始初 始 化發(fā) 射 超 聲 波計(jì) 數(shù) 器 開(kāi) 始 計(jì) 時(shí)延 時(shí) 1 . 8 m s 防 止 超聲 波 發(fā) 射 震 蕩接 收 到 反 射 信 號(hào)計(jì) 數(shù) 器 停 止 計(jì) 時(shí) ， 讀取 D S 1 8 B 2 0 溫 度 根 據(jù)時(shí) 間 計(jì) 算 距 離L C D 顯 示 時(shí) 間 溫 度 ，距 離結(jié) 束L C D 顯 示E R R O RY計(jì) 數(shù) 器 溢 出NNY判 斷 溫 度 、 水 位 是 否 再 設(shè) 定 范 圍加 熱 裝 置 、 齒輪 泵 工 作YN 圖 主程序流程 19 LCD1602 顯示程序流程圖 顯示程序流程圖如圖 。流程圖分析：首先對(duì) 1602 顯示屏進(jìn)行初始化（初始化大約持續(xù) 10ms 左右），然后檢查忙信號(hào)，若 BF=0，則獲得顯示 RAM 的地址，寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示；若 BF=1，則代表模塊正在進(jìn)行內(nèi)部操作，不接受任何外部指令和數(shù)據(jù)，直到 BF=0為止。 開(kāi) 始對(duì) 1 6 0 2 初 始 化 寫(xiě) 入顯 示 設(shè) 置 命 令延 時(shí) 5 m s檢 查 忙 信 號(hào)B F = 0 ？延 時(shí) 5 m s寫(xiě) 入 相 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù)檢 查 忙 信 號(hào)數(shù) 據(jù) 是 否 顯 示 完 畢 ?結(jié) 束NNY 圖 顯示流程圖 20 溫度采集處理程序 讀取溫度 DS18B20 模塊的流程圖如圖 所示， DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM （便箋式的內(nèi)部存儲(chǔ)器）和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫和低溫觸發(fā)器 TH， TL和結(jié)構(gòu)寄存器。便箋存儲(chǔ)器包含了 9 個(gè)連續(xù)字節(jié)（ 0～ 8），前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，字節(jié) 0 的內(nèi)容是溫度的低 8 位，字節(jié) 1 是溫度的高 8 位，字節(jié) 2 是 TH（溫度上限報(bào)警），字節(jié) 3 是 TL（溫度下限報(bào)警），字節(jié) 4 是配置寄存器，用于確定輸出分辨率 9 到 12 位。第 7 個(gè)字節(jié)是預(yù)留寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算。字節(jié) 8 是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，校驗(yàn)前面所有 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信正確。 圖 溫度采集處理流程圖 超聲波測(cè)距程序 具體工作原理說(shuō)明：超聲波發(fā)射部分主要受單片機(jī)控制發(fā)射超聲波，超聲波接收部分接收已發(fā)射的超聲波。單片機(jī) AT89C52 中的程序可控制在超聲波傳感器發(fā)射超聲波的同時(shí)開(kāi)始初始化Ro m 操作指令存儲(chǔ)操作指令讀取溫度值返回DS 18 B 20 是否存在YN 21 單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，在超聲波傳感器接收到返回的超聲波時(shí)，停止單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器計(jì)時(shí)，并且把記錄的超聲波傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換為測(cè)距 儀測(cè)量的電路與前方障礙物的距離值，最后通過(guò) LCD1602 顯示出來(lái)。其 程序 框圖 如圖 所示 ： 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化發(fā) 射 超 聲 波 脈 沖接 受 超 聲 波 脈 沖計(jì) 算 距 離顯 示 結(jié) 果 圖 超聲波測(cè)距程序 鍵盤程序 由于機(jī)械觸點(diǎn)有彈性，在按下或彈起按鍵時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，從最初按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的彈跳時(shí)間，如圖 所示。為了保證按鍵識(shí)別的準(zhǔn)確性，必須消除抖動(dòng)。消抖處理有硬件和軟件兩種方法：硬件消抖是利用加去抖動(dòng)電路濾避免產(chǎn)生抖動(dòng)信號(hào)；軟件消抖是利用數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)消除抖動(dòng)。我們采用軟件的方法，利用主程序循環(huán)掃描，主程序每 循環(huán)一次掃描到的鍵值相同時(shí)，則說(shuō)明是某鍵按下。 22 圖 鍵按下的過(guò)程 其流程圖如圖 所示 。 開(kāi) 始E N T E R 鍵 是 否 按 下E N T E R F L A G 是 否 為 1是 否 有 E N T E R 按 下是 否 有 U P 按 下是 否 有 D O W N 按 下D I S P L A Y 顯 示退 出 子 程 序 （ R E T ） 返 回 主 程 序D O W N 子 程 序U P 子 程 序E N T E R 子 程 序NYYYYYNNN 圖 鍵盤處理流程圖 操作指引 按鍵功能： （ 1） 、 Enter —— （ S2） 23 （ 2）、 Down —— （ S3） （ 3）、 Up —— （ S4） 顯示溫度： （ 1）、沒(méi)有 DS18B20 存在時(shí)， LCD1602 屏幕中間顯示 DS18B20 ERROR （ 3）、有 DS18B20 存在時(shí)， LCD1602 第一行顯示當(dāng)前溫度 now temp: （ 4）、 LCD1602 第二行顯示設(shè)定溫度 settemp:xx ,初始值為 20。 設(shè)定溫度： （ 1）、按下 Enter， LCD1602 第二行顯示 set temp:xx， xx 同時(shí)閃爍。 （ 2）、這時(shí)可以按 Up 和 Down 來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。 （ 3）、調(diào)節(jié)好后，再按 Enter 退出。這時(shí)數(shù)字不閃爍，執(zhí)行相應(yīng) 指令動(dòng)作。 24 第四章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 LCD1602 顯示 “ABCD1234” 編一段小程序，在液晶屏上實(shí)現(xiàn)顯示 “ABCD1234”。源程序略。 鍵盤及數(shù)字顯示結(jié)合 編一段小程序，實(shí)現(xiàn)鍵盤及數(shù)字顯 示結(jié)合。先設(shè)定某個(gè)定值作為初始值，當(dāng)按下鍵 S2時(shí)，進(jìn)入數(shù)值設(shè)定狀態(tài)，這時(shí)可通過(guò)按下鍵 S S4 來(lái)加減所設(shè)定的初始值。源程序略。 經(jīng)過(guò)調(diào)式，可達(dá)到預(yù)期效果。 整機(jī)調(diào)試 編譯好主程序和個(gè)模塊子程序，燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī) AT89C51 中，連接好各部分硬件電路。打開(kāi)電源，