【文章內(nèi)容簡介】 路，可以制成超聲波儀器和裝置。 11 超聲波傳感器的材料主要為壓電晶體，壓電材料組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波； 同時(shí)它接收到超聲波時(shí)也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類型。 超聲波系統(tǒng)測量距離較遠(yuǎn)，且環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此選用超聲波傳感器作為障礙物檢測系統(tǒng)。將超聲波傳感器布置在車體前端，用于規(guī)避正前 方的障礙物，為電動小車躲避障礙物提供安全規(guī)避參數(shù)。 超聲波換能器是超聲波傳感器的核心部件，換能器按工作介質(zhì)分為氣相、液相和固相換能器；按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率分為 38KHZ， 40KHZ 等不同等級。超聲波探測器的測距常用兩種方法：強(qiáng)度法和反射時(shí)間法。 強(qiáng)度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離，被測物越遠(yuǎn)反射信號越弱，根據(jù)反射信號的強(qiáng)弱就可以知道被測物的遠(yuǎn)近，但在使用這種方法時(shí)由于換能器之間的直接耦合 信號很難消除，在放大器增益較高時(shí)這一耦合信號就可使放大器飽和從而使 整套系統(tǒng)失效。由于直接耦合信號的影響，強(qiáng)度法測距只適合較短距離且精度要求不高的場合。 反射時(shí)間法師利用檢測聲波發(fā)出和接收到被測物反射回波德時(shí)間差來測量距離，對于距離較短和要求不高的場合可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù)，通過測量回波時(shí)間 T，利用公式 S= 測量距離。其中， S 為被測距離、V 為空氣中聲速， T 為回波時(shí)間。這種方法不受聲波強(qiáng)度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置時(shí)間門限加以克服，因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測距。如果對聲速進(jìn)行溫度修訂，其精度還可以進(jìn)一步提高。 對比兩種方案， 超聲波障礙檢測較紅外線 障礙檢測有更強(qiáng)的抗干擾性能，因此我們選擇超聲波進(jìn)行障礙檢測。根據(jù)實(shí)際要求，這里選用氣相、窄波束、 40KHZ的超聲波換能器。且由于小車避障時(shí)不須在很遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)障礙物，且強(qiáng)度法較易實(shí)現(xiàn)，故選用超聲波強(qiáng)度法進(jìn)行避障。 167。 語音系統(tǒng) 這里的語音系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)報(bào)警等簡單的發(fā)聲功能，因此采用蜂鳴器作為發(fā)聲器件。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具等電子產(chǎn)品作為發(fā)聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 壓電式蜂鳴 器主要是由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器和共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器的外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體光和集成電路組成。當(dāng)接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片 及外殼組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。震動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的震動發(fā)聲。 蜂鳴器在電路中常用字母“ H” 或“ HA”表示。 12 167。 顯示系統(tǒng) 顯示系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對 接收的遙控命令以及檢測系統(tǒng)的報(bào)警信息進(jìn)行顯示。本課題采用小型的字符型液晶顯示器作為顯示輸出。 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)。在微型儀表及低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。 顯示系統(tǒng)采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個(gè)字， 2 行 16 個(gè)字， 2 行 20 個(gè)字等，這里 采用 常用的 2 行 16 個(gè)字的 DM162 液晶模塊。 DM162 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生儲存器已經(jīng)儲存了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，例如大 寫的“ A”的代碼是 0100 0001（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，就能看到“ A” 。 下面簡單介紹 DM162 液晶模塊內(nèi)部的控制器的 11 條控制指令（它牽涉到后面程序編制） ,它的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令程序來實(shí)現(xiàn)的。 ● 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 ● 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 ● 指令 3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置。 ● 指令 4：顯示開光控制。 ● 指令 5：光標(biāo)或顯示移位。 ● 指令 6：功能設(shè)置命令。 ● 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 ● 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 ● 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址。 ● 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 ● 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，否則此指令失效。 167。 遙控系統(tǒng) 紅外遙控式目前使用最廣發(fā)的一種遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。因此目前廣泛應(yīng)用于各種電器設(shè)備中。在工業(yè)中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下、采用紅外遙控不僅安全可靠還能有效的隔離電氣干擾。 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編 /解碼 專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器 。接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解碼、解調(diào)電路。 這里采用 HT6221 專用芯片。 遙控器將不同的按鍵編成不同的遙控編碼，當(dāng)發(fā)射器的按鍵按下后，發(fā)射器即發(fā)射一遙控碼，遙控碼所具有的特征有： 13 采用脈寬調(diào)制的串行碼：以脈寬為 ,間隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制 0；以脈寬為 、隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制 1；其波形如圖 所示 ： 圖 脈寬調(diào)制串行碼的 0/1 表示 上述的 0， 1 組成的 32 位二進(jìn)制碼（ 4 字節(jié)）經(jīng) 38kHZ 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，然后通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。 HT6221 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的 32 位二進(jìn)制碼組，其中 16 位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電氣設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為 16 進(jìn)制 01H； 后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼。 遙控器按下后，周期性的發(fā)出同一種 32 位二進(jìn)制碼，周期約為 108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制 0， 1 的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在 4563ms之間。 接收解調(diào)部分采用 1838 紅外集成接收頭。它將紅外接收器和放大電路集成在一體，具有體積小、密封性好、靈敏度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。它僅有的三只管腳，分別是電源的正極、電源的負(fù)極以及信號輸出端，其工作電壓在 5V 左右。只要給它接上電源即是一個(gè)完整的紅外接收放大器。它的主要功能有放大、選頻和解調(diào)，要求輸入信號是 已經(jīng)被解調(diào)的信號。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會在 輸出端直接輸出原始的信號，而且靈敏度和抗干擾性都非常好。 167。 .“看門狗”設(shè)計(jì) PC 受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能使程序陷入“死循環(huán)”。指令技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”，這時(shí)系統(tǒng)就會癱瘓。如果操作者在場，就可以按下人工復(fù)位按鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作者不可能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，所以采用了“看門狗”技術(shù)，“看門狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過已知的循環(huán)設(shè)置時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)進(jìn)入“死循環(huán)”， 14 然后強(qiáng)迫程序返回到 0000H 入口， 在 0000H 處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行正常。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，在這里用硬件來實(shí)現(xiàn)。 實(shí)現(xiàn)硬件“看門狗”電路的方案主要有以下幾種： ● 采用微處理器監(jiān)控器。 ● 采用 74LS123 單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn)“看門狗” 。 ● 采用內(nèi)帶震蕩器的計(jì)數(shù)芯片。 本設(shè)計(jì)采用第 3 種方案實(shí)現(xiàn)“看門狗”電路。 第三章 硬件設(shè)計(jì) 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩個(gè)部分的內(nèi)容；一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在單片外進(jìn)行擴(kuò)展， 選著適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)外設(shè)，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器以及各種驅(qū)動電路等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。 存儲器 ROM 我們這里采用 串行 EEPROM 是可在線擦出和寫入的存儲器，他有體積小、接口簡單、數(shù)據(jù)保存可靠等特點(diǎn)。我們這里選用 AT24C02 的 EEPROM 芯片，可以存儲 2KB 的數(shù)據(jù)，其操作方式與通用的 12C 器件相同。硬件連接原理圖如 圖 所示： 圖 串行 EEPROM 硬件連接原理圖 存儲器 RAM 我們這里采用了 SDRAM， 他是 同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器利用了爆發(fā)模式的概念，大大提升了性能。這種模式在讀取數(shù)據(jù)時(shí)首先鎖定一個(gè)記憶行，然后迅速掃過各記憶列，與此同時(shí)讀取列上的位元數(shù)據(jù)。之所以有這種設(shè)計(jì)思想，是因?yàn)槎鄶?shù)時(shí)候 CPU 請求的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置是相鄰的。 SDRAM 比 EDO RAM 快 5%左右，已成為當(dāng)今臺式機(jī)內(nèi)存中應(yīng)用最廣的一種。向二級緩存的最高傳輸速率約為 528MB 每秒 ， SDRAM 存儲器 接口電路圖 如圖 所示 ： 15 圖 SDRAM 存儲器 接口電路圖： AD 轉(zhuǎn)換器 AD 轉(zhuǎn)換器，這里我們選用了 ADC0809。 ADC0809 采用雙列直插式封裝 ,共有 28 條引腳，各管腳的功能分四組簡述如下： 模擬信號輸入 IN0～ IN7： IN0IN7 為八路模擬電壓輸 入線，加在模擬開關(guān)上，工作時(shí)采用時(shí)分割的方式，輪流 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 地址輸入和控制線 ：地址輸入和控制線共 4 條，其中 ADDA、