【文章內(nèi)容簡介】 芯片電路。超聲波模塊如圖 38所示。 圖 38 超聲波集成模塊 HRSR04 有四個連接口，分別為 VCC、 GND、 TRIG、 ECHO 四個接口。 VCC：提供 5V 的電源 GND：地線 TRIG：信號的輸入端口 ECHO：信號的輸出端口 工作原理：此模塊能夠發(fā)出 8個 40 kHz 的方波脈 沖，并且可以自動檢測有沒有信號的返回。 顯示電路 本次設計的顯示電路由四位七段數(shù)碼管、三極管和三個電阻組成。數(shù)碼管由三級 9 管來驅(qū)動，限流電阻 R1 R12 和 R13 是保護整個顯示電路，如圖 39。 圖 39 顯示電路 LED 是發(fā)光二極管的簡稱，八只發(fā)光二極管構成了數(shù)碼管，國際上記作： a、 b、 c、d、 e、 f、 g、 dp。 dp 為小數(shù)點。 數(shù)碼管要能夠正常的顯示就必須要有驅(qū)動電路來驅(qū)動，本次設計采用了動態(tài)的方式。動態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點有： 節(jié)省了大量的 I/O 口，并且消耗低，所以本次設計采用動態(tài)的驅(qū)動方式，四位數(shù)碼管的接線方式為共陽極的接法。 電源電路 電路由一個 5V 電源、一個發(fā)光二極管和限流電阻組成。發(fā)光二極管采用的是紅色，作為電源指示燈，電路如圖 310所示。 圖 310 電源電路 關于發(fā)光二極管限流電阻 R2 的計算： 能加到發(fā)光二極管兩邊的電壓為 5V，使用時要串聯(lián)一個限流電阻用以保護發(fā)光二極管。電阻 R2 的計算為： R2＝（ E－ UF）／ IF (36) 式中的 E為電源電壓， UF為發(fā)光二極管的兩端電壓， IF為發(fā)光二極管的兩端電流。 10 發(fā)光二極管根據(jù)用途不同，顏色也不同。紅色發(fā)光二極管的工作電壓是 2V。 發(fā)光二極管的電流大概為 20mA，本次設計采用的是紅色發(fā)光二極管。采用的電 源電壓為 5V,電源電壓減紅色二極管的兩端電壓就是電阻 R2 的電壓，再用 R2 兩端的電壓除以紅色二極管兩端電流就能計算出 R2。所以 R2=（ 52） /=150Ω。 系統(tǒng)的整體電路 圖 311 系統(tǒng)電路圖 整個系統(tǒng)由電源電路提供 5V 電源，數(shù)據(jù)由超聲模塊傳到單片機進行處理，最后顯示在數(shù)碼管上并開始報警。 11 第 4 章 軟件部分 本次設計采用的思想是分塊進行設計及編寫程序代碼。程序主要分為主程序和中斷程序。主程序包括初始化單片機 STC89C5超聲波的發(fā)出和接收、距離的計算、按鍵電路的設置、距離的顯示和蜂鳴器的報警等。 主程序設計 主程序是初始化單片機 STC89C52，然后置 1回波接收 位。同時通過端口 發(fā)送一個低電平來啟動超聲波的發(fā)射電路，并且開啟定時器 T0 開始計時。這時調(diào)動計算子程序根據(jù)記錄的 T0 時間計算距離，計算完成后，調(diào)用子程序顯示距離。與此同時，調(diào)用聲音處理程序進行蜂鳴器的報警。主程序根據(jù)反射回來的信號繼續(xù)工作，如果回波標志位為 0則說明成功接收到了回波信號，這時開始置位并且發(fā)送一個低電平到發(fā)射電路，就這樣不停的循環(huán)，實現(xiàn)測距功能。根據(jù)以上描述主程序的流程圖如圖 41 所示。 12 圖 41 主程序流程圖 中斷處理程序 負責計算距離的程序是中斷處理程序。根據(jù)前面的分析，當接收電路接收到回波信號以后，同樣會產(chǎn)生一個低電平送至單片機的 。這時轉(zhuǎn)入中斷處理程序，定時器 T0 以及外部中斷 0 就立刻關閉。讀取時間值，并給接收回波的標志位清零。本設計的中斷處理程序的程序流程圖如圖 42所示。 開始 系統(tǒng)初始化 超聲波模塊復位 發(fā)射超聲波并啟動 T0開中斷 接收到回波的同時中斷停止 計算測量距離 顯示距離同時蜂鳴器報警 報警 延時 13 圖 42 中斷處理程序流程圖 在中斷處理程序中，對于距離的計算是比較關鍵的。先從定時器 T0那里讀取時間值，再根據(jù)公式計算出距離 ，最后在實現(xiàn)各模塊的功能。 距離的計算及顯示電路的設計 根據(jù)公式 S=17 N/1000= N(cm)，可以看出來求出距離的關鍵是 N 值，也就是定時器 T0 計數(shù)的次數(shù)。當接收探頭接收到回波信號時，電路會產(chǎn)生一個低電平送至單片機的 端口，這時，定時器停止工作，并且提取定時器計數(shù)的次數(shù) N,計算出距離。 本次設計采用的掃描方式為簡單實用的動態(tài)掃描，用四位共陽極的連接方式連 接數(shù)碼計時停止 指定的報警聲開啟 中斷 關閉 返回 距離計算處理 顯示距離并根據(jù)距離判斷是否報警 Y N 14 管顯示距離。單片機的 P2 口和數(shù)碼管進行段的動態(tài)掃描，因為距離的顯示是在變化不固定的，所以數(shù)碼管的顯示過程是在外部中 斷后進行的。 報警電路的設計 主程序根據(jù)計算公式算出與被測物體的距離，通過數(shù)碼管顯示，并且調(diào)用報警子程序控制蜂鳴器進行報警。 按鍵電路的設計 當按下 k1鍵位，進入設置模式，默認的報警距離在數(shù)碼管上進行顯示，每按 k2一次顯示距離增加十厘米，每按下 k3 一次顯示距離減少十厘米，設置好新的報警距離后再次按下 k1 鍵位時，單片機自動計算顯示距離是否小于新設置的報警距離，如果小于蜂鳴器開始報警。按鍵電路程序流程如圖 43 所示。 圖 43 按鍵電路程序流程圖按下菜單鍵重新設置報警距離 距離減少 距離增加 再次按下菜單鍵設置完成 計算距離 顯示距離是否報警 15 第 5章 硬件的組裝及調(diào)試 本次超聲波測距的設計以 HRSR04 超聲波模塊為主體，中心頻率為 40 kH。硬件的連接及焊接如下：單片機的 P2 口（ P20～ P27）對應焊接到數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 dp，進行段動態(tài)掃描。 P1 口（ P11～ P13）控制數(shù)碼管的片選段。 P30 和 P31 分別接到超聲波模塊的 Echo、 Trig 端口。報警電路引腳接到單片機 P36 端口。 測量到一本書的距離，實際距離為 38cm，測得距離為 37cm，誤差的范圍在 1cm～ 2cm，比較穩(wěn)定，實際測距情況如圖 51 所示。 圖 51 測量情況顯示 按下菜單鍵位，重新設置報警距離 ,報警距離為 80cm。實際距離為 95cm,測得的距離為 94cm,蜂鳴器開始報警，如圖 52 所示。 圖 52 測量情況 16 在現(xiàn)實測距中，測量值與真實值誤差產(chǎn)生的原因分析 ： 可能與被測物體的橫截面積大小有關。被測物體橫截面太小，超聲波信 號不能被完全的反射回來。 可能與被測物體的光滑程度有光。表面不平滑的物體容易使信號散射開來，接收探頭接收到的信號變?nèi)酢? 17 結 論 從開學的選題到現(xiàn)在做畢業(yè)設計完成的幾個月時間里，此次課題的選著從開始的不了解到現(xiàn)在實物焊接成功以及論文的完成，我學習到了很多知識，讓我了解從理論到實踐過程的艱辛。在設計的這段時間里，從剛開始思考到課題的完成，每一步都在努力的做到最好。對大學四年的學習做了一次比較全面的檢練。 根據(jù) 任務書的要求與實際結合，本次設計以單片機 STC89C52 為主，采用 HRSR04超聲波集成模塊對超聲波的發(fā)射和接收，利用四位數(shù)碼管和和蜂鳴器進行顯示和報警。并且設置了按鍵電路方便的對報警距離進行修改。做出來的實物基本滿足任務要求，但在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了一下幾個問題： 環(huán)境的溫度對距離的測量有影響，當我在陽光下和在陰涼處對同一距離測出來的數(shù)值不一樣。查看有關資料，對于溫度的影響，在設計中可以考慮加上溫度補償模塊。 被測物體表面的材質(zhì)不同也影