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正文內(nèi)容

車距語言提示器設(shè)計(jì)(畢設(shè))(編輯修改稿)

2025-07-27 10:23 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 顯示,與障礙物之間的不同距離利用語音芯片的不同語音播報(bào)提示,將超聲波發(fā)送出去,超聲波接收電路由CX20106A芯片和超聲波接收探頭組成的電路構(gòu)成,報(bào)警系統(tǒng)由語音電路構(gòu)成。本設(shè)計(jì)中將收發(fā)超聲波的探頭分離這樣不會(huì)使收發(fā)信號(hào)混疊,從而能避免干擾,可以很好的提高系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)的汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖如圖22所示。圖22 車距語言提示器系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)由Keil編程軟件對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行編程,產(chǎn)生超聲波。在超聲波發(fā)射電路啟動(dòng)的同時(shí)單片機(jī)啟動(dòng)中斷定時(shí)器,利用其計(jì)數(shù)的功能記錄超聲波發(fā)射超聲波到接收到超聲波回波的時(shí)間。當(dāng)接收回射的超聲波時(shí),接收電路的輸出端產(chǎn)生負(fù)跳變輸出到單片機(jī)產(chǎn)生中斷申請(qǐng),執(zhí)行外部中斷子程序計(jì)算距離。結(jié)合各方面的因素考慮,依據(jù)設(shè)計(jì)的要求,查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料,選用了HCSR04超聲波集成模塊。此超聲波模塊的最大探測距離為4m,盲區(qū)為2cm,而且發(fā)射擴(kuò)散角不大于15176。,更有利于測距的準(zhǔn)確性。而且,此模塊的工作頻率范圍為39kHz~41kHz左右,完全能在40kHz工作頻率工作。由于超聲波的發(fā)射和接收是分開發(fā)送和接收的,所以發(fā)射探頭和接收探頭必須在同一條水平行直線上,這樣才能準(zhǔn)確地接收反射的回波。而由于測量的距離不同和發(fā)射擴(kuò)散角所引起的誤差以及超聲波信號(hào)在空氣中傳播的過程中的超聲波衰減問題,發(fā)射探頭和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn),而且還要避免發(fā)射探頭對(duì)接收探頭在接收信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的干擾,所以二者又不能靠得太近。根據(jù)對(duì)相關(guān)資料查閱,將兩探頭之間的距離定在5cm~8cm最為合適。本設(shè)計(jì)所用的HCSR04模塊的超聲波探頭之間的距離大約在6cm左右。 3 硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的車距語言提示器由51單片機(jī)、超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、4位共陰極數(shù)碼管、語音芯片,音頻放大電路組成。車距語言提示器的測距是利用超聲波測距的原理,在單片機(jī)內(nèi)部程序的控制下,由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波,在超聲波遇到障礙物時(shí)反射到超聲波接收探頭,由此回應(yīng)到單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行中斷處理和數(shù)據(jù)的處理,計(jì)算出距離,由數(shù)碼管顯示距離,并由語音芯片報(bào)警提示。本設(shè)計(jì)的硬件電路分為五部分:單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射和接收電路、數(shù)碼管顯示電路和語音報(bào)警電路。 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次我們采用了Atmel 公司的AT89S52,該單片機(jī)主要特點(diǎn)如下:(1) AT89S52系列單片機(jī)以8051為內(nèi)核,兼容MCS51系列單片機(jī)。(2) AT89S52系列單片機(jī)內(nèi)、內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器,在系統(tǒng)開發(fā)可以反復(fù)擦寫。(3) AT89S52采用靜態(tài)時(shí)鐘方式,可以節(jié)省電能。(4) AT89S52支持ISP(在線編程),不需要把單片機(jī)從電路板取下來就可以擦寫程序。(5) AT89S52晶振頻率高達(dá)24M,運(yùn)行速度更快。(6) AT89S52價(jià)格也比較便宜 6元/片。(7) 增加了看門狗電路,防止程序“走飛”,更加安全可靠。AT89S52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖31所示。AT89S52單片機(jī)一共有40個(gè)引腳分為四類。其中有四個(gè)電源引腳,用來接入單片機(jī)的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個(gè)時(shí)鐘引腳XTALXTAL2。還有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的I\O引腳。最后一種是控制引腳,控制引腳有四條,部分引腳具有復(fù)位功能。綜上所述,單片機(jī)的引腳特點(diǎn)是:1  單片機(jī)多功能,少引腳,使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。2  單片機(jī)具有四種總線形式:P0和P2組成的16位地址地址總線;P0分時(shí)復(fù)用為8位數(shù)據(jù)總線;ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INTT0、TWR、RD以及P1口的TT2EX組成控制總線;而P3口的RXD、TXD組成串行通信總線。圖31 AT89S52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)引腳功能(1)電源引腳Vcc(40腳):正電源的引腳,工作電壓是5V。GND(20腳):接地端。DIP封裝的AT89S52單片機(jī)引腳圖如圖32所示。(2)時(shí)鐘電路的引腳XTAL1和XTAL2為了產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),在AT89S52單片機(jī)的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)反相放大器,其中XTAL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端,XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端[5]。單片機(jī)使用的工作方式是自激振蕩的方式,XTAL1和XTAL2外接的是12 MHz的石英晶振,使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進(jìn)行振蕩,從而就可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)電路如圖33所示。 圖32 AT89S52單片機(jī)引腳圖圖33 時(shí)鐘信號(hào)電路(3) 復(fù)位RST(9腳)當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí),只要有有兩個(gè)機(jī)器周期即24個(gè)振蕩周期以上的高電平在這個(gè)引腳出現(xiàn)時(shí),那么就將會(huì)使單片機(jī)復(fù)位,如果將這個(gè)引腳保持高電平,那么51單片機(jī)芯片就會(huì)循環(huán)不斷地進(jìn)行復(fù)位[5]。復(fù)位后的P0口至P3口均置于高電平,這時(shí)程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器將全部清零[5]。本課題設(shè)計(jì)的單片機(jī)復(fù)位電路如圖34所示。圖34 單片機(jī)復(fù)位電路圖(4)輸入輸出口(I/O口)引腳P0口是一個(gè)三態(tài)的雙向口,既可以作為數(shù)據(jù)和地址的分時(shí)復(fù)用口,又可以作為通用輸入輸出口[5]。P0口在有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)被作為地址/數(shù)據(jù)總線口,此時(shí)P0口就是一個(gè)真正的雙向口;而在沒有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí),P0口也可以作為通用的I/O接口使用,但此時(shí)只是一個(gè)準(zhǔn)雙向口;另外,P0口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載的能力即輸出電流不小于800 uA[5]。P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,而P1口只有通用I/O接口一種功能,而且P1口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載;在使用時(shí)通常不需要外接上拉電阻就能夠直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管;在端口置1時(shí),其內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入端口用[5]。對(duì)于輸出功能,在單片機(jī)工作的時(shí)候,可以通過用程序指令控制單片機(jī)引腳輸出高電平或低電平[5]。例如:指令CLR是清零的意思,CLR ;而指令SETB是置1的意思,SETB [5]。P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,而且P2口具有驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載的能力[5]。P2端口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口的電位拉到高電平,作為輸入口使用;在對(duì)內(nèi)部的Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí),P2口接收高8位地址和控制信息,而在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口就送出高8位地址[5]。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變[5]。P3口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P3口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載,這8個(gè)引腳還用于專門的第二功能[5]。P3口作為通用I/O口接口時(shí),第二功能輸出線為高電平。P3口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口電位拉到高電平,作輸入口使用;在對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí),此端接控制信息[5]。P3口的第二功能,如表31所示[5]。表31 P3口第二功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入口(RXD)串行通訊輸出口(TXD)外部中斷0請(qǐng)求輸入端()外部中斷1請(qǐng)求輸入端()定時(shí)器0輸入端(T0)定時(shí)器1輸入端(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端()外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端()(5)其它控制或復(fù)用引腳(a)ALE/(30腳):地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖存允許)以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號(hào)輸出,其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址;在不訪問片外存儲(chǔ)器的時(shí)候,ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(hào)(此頻率是振蕩器頻率的1/6),而在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè),此時(shí)是不可以做為時(shí)鐘輸出[5]。對(duì)片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型在編程時(shí),這個(gè)引腳用于輸入編程脈沖的輸入端[5]。(b)(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端,低電平時(shí)有效。當(dāng)89S52從外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí),每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出2個(gè)脈沖即兩次有效,以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。但在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將不會(huì)有脈沖輸出[5]。(c)/Vpp(31腳):為片外程序存儲(chǔ)器訪選用端。當(dāng)該引腳訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí),應(yīng)該輸入的是低電平,要使89S52只訪問片外程序存儲(chǔ)器,這時(shí)該引腳必須保持低電平;而在對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí),用于施加Vpp編程電壓[5]。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是其他拓展系統(tǒng)的最基本的基礎(chǔ),單片機(jī)最小系統(tǒng)是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)最小配置系統(tǒng)即單片機(jī)能工作的系統(tǒng)。對(duì)于AT80S5X單片機(jī),由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲(chǔ)器,所以只要單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)了。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖35所示。圖35 單片機(jī)最小系統(tǒng) 超聲波測距模塊 HRSR04超聲波集成模塊HRSR04超聲波集成模塊是將超聲波發(fā)射探頭,超聲波接收探頭,CX20106A芯片電路,74LS04芯片放大電路集成到的一起的一個(gè)超聲波集成模塊。本模塊性能穩(wěn)定,測度距離精確,模塊高精度,盲區(qū)小。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域:機(jī)器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測 。1. 基本工作原理(1)采用I/O口TRIG觸發(fā)測距,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)檢測是否有信號(hào)返回;(3) 有信號(hào)返回,通過IO口ECHO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。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340m/s))/2。本模塊使用方法簡單,一個(gè)控制口發(fā)出一個(gè)10us以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出。一有輸出就可以開定時(shí)器計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,此時(shí)就為此次測距的時(shí)間,就能夠算出距離。這樣不斷的循環(huán)周期測,就可以在不停地移動(dòng)的過程中測量距離值了。但是,為防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回收信號(hào)的影響,本超聲波集成模塊的測量周期最好定在60ms以上,所以本設(shè)計(jì)將測量周期定在80ms。2. 實(shí)物圖HRSR04超聲波集成模塊正面外觀如圖36所示,HRSR04超聲波集成模塊的背面外觀如圖37所示。圖36 HRSR04超聲波集成模塊正面外觀圖圖37 HRSR04超聲波集成模塊背面外觀圖 圖38 HRSR04超聲波集成模塊實(shí)物圖VCC 供5V電源,GND 為地線,TRIG 觸發(fā)控制信號(hào)輸入,ECHO 回響信號(hào)輸出。3. 電氣參數(shù)表32 HRSR04超聲波模塊電氣參數(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40kHz最遠(yuǎn)射程4m最近射程2cm測量角度15 度輸入觸發(fā)信號(hào)10uS 的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL輸出 電平信號(hào),與射程成比例規(guī)格尺寸45*204. 超聲波時(shí)序圖圖39 超聲波時(shí)序圖以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10us以上脈沖觸發(fā)信號(hào),該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào),回響信號(hào)的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(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:us/58=厘米或者us/148=英寸;或是:距離=高電平時(shí)間*聲速(340m/s)/2;建議測量周期為60ms以上,以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。注:1. 此模塊不宜帶電連接,若要帶電連接,則先讓模塊的GND端先連接,否則會(huì)影響模塊的正常工作。2. 測距時(shí),否則影響測量的結(jié)果。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射電路是由超聲波探頭和超聲波放大器組成。超聲波探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去,而單片機(jī)所產(chǎn)生的40 kHz的方波脈沖需要進(jìn)行放大才能將超聲波探頭驅(qū)動(dòng)將超聲波發(fā)射出去,所以發(fā)射驅(qū)動(dòng)實(shí)際上就是一個(gè)信號(hào)的放大電路,本設(shè)計(jì)選用74LS04芯片進(jìn)行信號(hào)放大,超聲波發(fā)射電路如圖310所示。圖310 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路由于超聲波在空氣中的傳播過程中是有衰減的,如果距離較遠(yuǎn),那么超聲波接收電路所接收到的超聲波信號(hào)就會(huì)比較微弱,因此需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大而且放大的倍數(shù)也要比較大。超聲波接收電路主要是由集成電路CX20106A芯片電路構(gòu)成的,CX20106A芯片電路可以對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能,比較完之后超聲波接收電路會(huì)輸出一個(gè)低電平到單片機(jī)去請(qǐng)求中斷,當(dāng)即單片機(jī)停止計(jì)時(shí),并開始去進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。CX20106A芯片的前置放大器具有自動(dòng)增益控制的功能,當(dāng)測量的距離比較近時(shí),放大器不會(huì)過載;而當(dāng)測量距離比較遠(yuǎn)時(shí),超聲波信號(hào)微弱,前置放大器就有較大的放大增益效果。CX20106A芯片的5腳在外接電阻對(duì)它的帶通濾波器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),而且不用再外接其他的電感,能夠很好地避免外加磁場對(duì)芯片電路的干擾,而且它的可靠性也是比較高的。CX20106A芯片電路本身就具有很高的抗干擾的能力,而且靈敏度也比較高,所以,能滿足本設(shè)計(jì)的要求。超聲波接收電路如圖311所示。圖311 超聲波接收電路 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)發(fā)光二極管的縮寫是LED,在每個(gè)數(shù)碼管里面都有8只發(fā)光二極管,它們分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp,其中dp是小數(shù)點(diǎn),每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部的引腳上,而另外一只二極管的引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上,此引腳就記作公共端COM。市面上常用的LED數(shù)碼管有兩種即共陽極數(shù)碼管與共陰極數(shù)碼管。共陽極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極的陽極接在一起作為公共引腳即公共陽極,在使用時(shí)此公共引腳接到電源正極。相反,共陰極就是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳即公共陰極,在使用時(shí)此引腳接到電源負(fù)極。單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示,靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值,但是搭建電路時(shí)比較煩索,而動(dòng)態(tài)顯示是數(shù)碼管輪流顯示再利用人眼的“視覺暫留”特性,這樣看出來的就是在顯示不同數(shù)值[8]。數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示比較實(shí)用,電路構(gòu)建簡單,所以本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描的方法顯示測量距離,只要輪流顯示的速度足夠快的時(shí)候就能夠?qū)崿F(xiàn)測量數(shù)值的顯示。顯示模塊選用4位共陰
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