【文章內(nèi)容簡介】 T構(gòu)成，單片機 輸出的 40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻 R1O、 R11一方面可以提高反向器 CD4069輸出高電平的 驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振畢業(yè)設計說明書（論文） 10 蕩時間。 壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。 超聲波接受電路運用集成塊 CX20216A。 集成塊 CX20216A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz與測距的超聲波頻率 40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路 (如圖 6)。實驗證明用 CX20216A接收超聲波 (無信號時輸出高電平 )，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容 C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。當 R超聲波接收頭感應到超聲波回波的時候，輸出就會從高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生一個下降沿觸發(fā)信 號。完成信號的采集。 由于 38KHZ 的紅外線頻率與 40KHZ 的超聲波振蕩頻率相近，并且外圍電路簡單，故選用 CX20216A 芯片作為超聲波接收電路的主體。 CX20216A 的引腳注釋： l腳：超聲波信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。 2腳：該腳與 GND之間連接 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻 R 或減小 C，將使負反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但 C 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為 R=， C=μ F。 3腳：該腳與 GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為 F。 4腳：接地端。 5腳：該腳與電源端 VCC 接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取 R=200kΩ時， fn≈ 42kHz，若取 R=220kΩ，則中心頻率 f0≈ 38kHz。 6腳： 該腳與 GND 之間接入一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為 22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。 超聲波接收電路組成及原理 超聲波接收模塊設計如圖 6 所示通過 集成塊 CX20216A（ 包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分）經(jīng)外圍。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用發(fā)生端同型號的壓電式超聲波傳感器，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng) 放大電路放大。由于是倒車雷達系統(tǒng)所畢業(yè)設計說明書（論文） 11 測距離在兩米左右所以采用兩級放大，用 LF353 實現(xiàn)。第一級放大 100 倍，第二級放大 50 倍總計放大 5000 倍，這樣不僅放大增益足夠大，可以適合小信號的需求，而且信號增益也能夠變化，適應信號變化范圍大的需求。 放大后的交流信號經(jīng) LM567 鎖相環(huán)鎖定后 向 CPU 發(fā)中斷申請。在中斷服務程序中，讀取時間計數(shù)器的計數(shù)值，并通過計算算出雷達與障礙物的距離。 圖 6 超聲波接受電路 接收探頭 將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，?jīng)運算放大器兩極放大后加至 LM567。 LM567 是帶有鎖相環(huán)的音頻譯 碼集成塊， LM567 內(nèi)部的壓控振蕩器的中心頻率。電容決定其鎖定帶寬。 當 發(fā)射的載頻上，則 LM567輸入信號大于 25mV，輸出端 8 腳由高電平躍變?yōu)榈碗娖?，作為中斷請求信號，送至單片機處理。 選頻放大電路的作用是僅允許一定頻率的信號通過并放大，而其他頻率的信號將被阻斷或衰減。只要把選頻放大電路工作的中心頻率設定為 40 KHz，就可以把其他頻率的干擾信號清除或衰減，同時把 40 KHz 的回波信號進行放大。 信號處理電路使用集成電路 LM2907N，它原是測量轉(zhuǎn)速用的 IC,其內(nèi)部有 F/V轉(zhuǎn)換器和比 較器 、充電泵、高增益運算放大器， 它的輸出要求有一定頻率的信號，能將頻率信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。 LM2907N 具有以下特點： LM2907N 進行頻率倍增時只需使用一個 RC 網(wǎng)絡； 以地為參考點的轉(zhuǎn)速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入； 運算放大器／比較器采用浮動三極管輸出； 最大 50mA 的輸出電流可驅(qū)動開關管、發(fā)光二極管等； 內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能； 比較器的滯后電壓為 30mV 利用這個特性可以抑制外界干擾； 輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為 177。%； 具有保護電路，不會受高于 Vcc 值或低于地參考點輸入信號的損傷； 在零頻率輸入時， LM2907N 的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調(diào)節(jié)； 當輸入頻率達到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅(qū)動繼電器、指示燈等負載。 畢業(yè)設計說明書（論文） 12 LM2907N 的引腳功能如下： 腳（ F）和 11 腳（ IN）為運算放大器／比較器的輸入端 。 腳接充電泵的定時電容（ C1）。 3 腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（ R1/C2）。 4 腳（ IN+）和 10 腳（ UF1）為運算放大器的輸入端。 5 腳為輸出晶體管的發(fā)射極（ U0）。 8 腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（ UC）。 9 腳為正電源端（ VCC） 。 12 腳為接地端（ GND） 。 6， 7， 13， 14 腳未用。 圖 7 LM2907N 原理框圖 將 LM2907N 的 8 腳接到單片機輸入口。 由圖 7 可以看出，由于兩個串聯(lián) Ω 電阻的分壓， LM290N7 的 10 腳電壓 Vop=6V，這是內(nèi)部比較器的參考電壓。內(nèi)部比較器的 4 腳電壓為 Vop+輸入電壓，它是電阻 R（ 51KΩ ）上的電壓，這個電壓和頻率有關的。當 Vop+大于 Vop時，比較器輸出為 “ 1” ， LM2907N 內(nèi)部三極管導通（或飽和）輸出為 “ 0” ,則發(fā)光二極管 LED 點亮。 因此，當超聲發(fā)射電路由 LM555 產(chǎn)生 40KHz 方波來起振超聲波發(fā)射探頭，使其發(fā)射超聲波 ，如智能電動小車前方遇到障礙物時，此超聲波信號被障礙物反射回來，超聲波 接收電路接收到超聲波信號（為正弦波信號）后輸入到比較器LM393 使其調(diào)整為方波輸出到 LM2907N， LM2907N 芯片會把此方波信號的頻率轉(zhuǎn)化為對應電壓值，當此電壓值大于由 4 號引腳輸入的門電壓時， LM2907N 的 8號引腳輸出低電平， LED 處于發(fā)光狀態(tài)。即當有障礙物時 LED 處于發(fā)光狀 態(tài)，LM2907N 的 8 號引腳輸出低電平，同時通過 8 腳將 信號送給單片機，使單片機該根據(jù)信號控制小車轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)避開障礙物的目的。 語音播報 系統(tǒng)設計 本系統(tǒng)采用的 APR9600 語音芯片 ，有關芯片介紹： APR9600 語音芯片 一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復錄放的新型語音電路，單片電路可錄放 3260 秒，串行控制時可分 256 段以上，并行控制時最大可分 8段。與 ISD 同類芯片相比它具有：價格便宜，有多種手動控制方式，分段管理方便、多段控制時電路簡單、采樣速度及錄放音時間可調(diào)、每個單鍵均有開始停止循環(huán)多種功 能等特點，同時保留了 ISD2500 芯片的一些特點，都是 DIP28畢業(yè)設計說明書（論文） 13 雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。 APR9600 的電性能參數(shù)：電源電壓 ，靜態(tài)電流 1uA ，工作電流 25mA。其外接振蕩電阻與采樣率、語音頻帶 ，該電阻可以根據(jù)用戶需要的時間和音質(zhì)效果無級調(diào)節(jié)。 如圖 8所示 總的來說工作方式分為串行控制和并行控制兩種，由芯片 MSEL1（ 24腳）、MSEL2（ 25 腳）、 /M8（ 9 腳）的設置來實現(xiàn)。本設計運用的是串行選段控制方式。 串行控制方式用到的鍵要少得多 ，它僅需要一、二個鍵來控制所有的語音段錄放，而且段數(shù)可以足夠多，每段也沒有時間限制。只是在選段上沒有并行控制模式方便。將全功能應用電路板上撥碼開關的第 2位開關向下?lián)?，?3位開關向上撥，第 4 位開關向上撥，將撥碼開關的第 1位置向上撥進入錄音模式，按住 /M1 即開始錄第一段，松鍵即停止。再按住 /M1 即錄第二段，如此一直分段錄音，直到芯片溢出。在放音時（ /RE=1）有兩種狀態(tài)， /M8 置 1 為串行順序控制方式，按一下 /M1 即放音第一段，再按一下即放第二段，如此順序逐段放音，到最后一段結(jié)束時即停止放音，必須按一下 CE 鍵復位 ，然后再按 /M1 鍵就可以又從第一段放音。這種方式下的段不可選擇只能按錄音的順序播放，適合走馬燈、流程控制等電路使用； /M8 置 0為串行選段控制方式，按一下 /M1 只能放音第一段，再按還是放音第一段。這時的 /M2 有效成為快進選段鍵，每按一下 /M2 即向后移動一段，例如現(xiàn)在按了三下 /M2，再按 /M1 就放音第四段。因此可以實現(xiàn)選段放音。按 /CE鍵復位為第一段。 顯示電路設計 畢業(yè)設計說明書（論文） 14 方案一 : 采用 LED 數(shù)碼管顯示。 在系統(tǒng)中要用到多只 LED 數(shù)碼管進行動態(tài)顯示即可達到要求。其優(yōu)點是價格便宜，壽命長。缺點是只能顯示 0～ 9 的數(shù) 字和一些簡單的字符，電路設計繁鎖，且占用空間。 方案二 : 采用 LCD1602 液晶顯示器。 LCD 廣泛應用于微型計算機控制系統(tǒng)中。與 LED 相比，它具有功耗低，抗干擾能力強，體積小，廉價的特點，且有良好的人機界面，直觀，顯示效果漂亮。目前已廣泛應用在各種顯示領域。另外， LCD 在大小和形狀上更加靈活，接口簡單，不但可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，因此在袖珍儀表、醫(yī)療儀器、分析儀器及低功耗便攜式儀器中， LCD 已成為一種占主導地位的顯示器件。 因此，本設計采用方案二 本設計采用 LCD1602 顯示，其與單片 機的連接方式如圖 9 所示。單片機的P1 口與 LCD1602 的連接。 圖 9 顯示電路 該電路用到 2 行 16 個字的 DM162 液晶模塊，它采用標準的 14 腳接口， 其中： (1)第 1腳： VSS 為地電源。 (2)第 2腳： VDD 接 5V正電源。 (3)第 3腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。 (4)第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選指令寄存器。 (5)第 5腳： RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或 者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 畢業(yè)設計說明書（論文） 15 (6)第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 (7)第 7～ 14腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 LCD