【正文】 做到實時控制[4]。所以本課題選擇基于超聲波測距的導(dǎo)盲儀設(shè)計。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 本設(shè)計采用的是超聲波測距在導(dǎo)盲系統(tǒng)中的設(shè)計與應(yīng)用，利用現(xiàn)代檢測技術(shù)，檢測盲人周圍的障礙信息，轉(zhuǎn)化成聲音信號和機械信號，使盲人從中獲知其周圍的情況。盲人導(dǎo)盲系統(tǒng)內(nèi)置多個超聲波探頭，測量各個方向上的障礙物的距離。本系統(tǒng)由單片機、語音播報系統(tǒng)、溫度采集模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、電源模塊組成。由于能力與其他一些客觀條件的限制，本設(shè)計所要解決的主要問題是設(shè)計超聲波測距模塊、溫度采集補償模塊、蜂鳴器報警模塊、電源管理模塊。本設(shè)計外加LED數(shù)碼管顯示，以便于現(xiàn)象的觀察與系統(tǒng)的調(diào)試。本設(shè)計大體可以分為兩部分：超聲波測距系統(tǒng)以及電源管理系統(tǒng)。超聲波測距系統(tǒng)利用超聲波的測距原理，測量出發(fā)射波和接收波的時間差，乘以超聲波在特定溫度下的傳播速度，得到與障礙物之間的距離。s = v t / 2 (1)(v：超聲波的傳播速度 t：發(fā)射波和接收波的時間差 s：與障礙物之間的距離)。通過溫度補償?shù)姆椒▽鞑ニ俣燃右孕Ｕ蕴岣邷y距精度?，F(xiàn)場環(huán)境溫度T和超聲波傳播速度V的關(guān)系可近似如下：V=+ (2)當(dāng)單片機處理后所得到的的距離低于安全距離（）時，觸發(fā)蜂鳴器報警。電源管理系統(tǒng)的設(shè)計主要是電源管理系統(tǒng)一般模式的設(shè)計，以及電源工作模式之間的相互切換。三、研究步驟、方法及措施 超聲波發(fā)生器分為兩大類：一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一種是用機械方式產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計采用電氣方式中的壓電式超聲波傳感器US100。該傳感器性能穩(wěn)定，測度距離精確且?guī)в凶晕覝囟妊a償功能，常用于機器人避障，物體測距等。本設(shè)計選取STC89C52作為核心處理器，因為其功能強大，適合于許多較為復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。系統(tǒng)工作時，先由單片機控制的振蕩源發(fā)出信號用來驅(qū)動超聲波傳感器US100，使它發(fā)射脈沖。計數(shù)器在第一個超聲波脈沖發(fā)射后開始計時，計時器在檢測到第一個回波脈沖的瞬間停止計數(shù)，計算出從發(fā)射脈沖到接收脈沖的時間差t，最終利用STC89C52來確定目標(biāo)范圍內(nèi)障礙物的存在。本設(shè)計的研究步驟：根據(jù)超聲波的測距原理，構(gòu)建導(dǎo)盲儀的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；設(shè)計超聲波測距模塊；選用合適的溫度傳感器，設(shè)計溫度采集、補償模塊；設(shè)計LED顯示模塊、蜂鳴器報警系統(tǒng)；編寫軟件程序，上機測試；調(diào)試與完善硬件與軟件功能；設(shè)計電源管理系統(tǒng)四、研究工作進(jìn)度 12周 學(xué)習(xí)理論知識，捋順?biāo)悸罚? 37周 設(shè)計硬件部分； 810周 設(shè)計硬件及軟件部分；1115周 設(shè)計軟件部分，以及電源管理系統(tǒng)；1617周 設(shè)計總結(jié)，撰寫論文五、主要參考文獻(xiàn) [1] [2] 戴曰章 [D].濰坊學(xué)院信息與控制工程系，2005[3] [D].西北師范大學(xué)，2012[4] [D].南京理工大學(xué)，2012[5] [B].西安石油大學(xué)，2006[6] 張文祥，[M].電子工業(yè)出版社，201147一、進(jìn)展情況根據(jù)開題報告中研究工作進(jìn)度以及研究步驟的要求，本設(shè)計大體上可以分為四個研究階段：①相關(guān)理論、背景知識的學(xué)習(xí)；②硬件的選擇與使用；③軟件編程、編譯；④上機調(diào)試，修改與完善。⑤討論電源系統(tǒng)以及導(dǎo)盲儀的整體構(gòu)成。到目前為止，已經(jīng)完成了①②③階段的工作。在第二階段硬件的選擇與使用中，主要完成的工作是單片機、超聲波發(fā)射接收傳感器、溫度傳感器的選型，以及這些硬件的使用方法。選型方面主要是利用既有的資源，在符合功能要求的條件下進(jìn)行的。目前使用的硬件為STC89C52單片機，US100超聲波傳感器。對于第三階段的軟件編程，本設(shè)計采用軟件Keil uVision4的C語言編程。整個C語言程序主要可以分為5個模塊：⒈超聲波發(fā)射、接收模塊；⒉溫度補償模塊；⒊距離計算模塊；⒋LED顯示模塊；⒌蜂鳴器報警模塊。因此，目前尚未完成的工作為第四、五階段的工作，即將完成的C語言程序與硬件配合上機測試，然后根據(jù)測試結(jié)果對程序進(jìn)行修改與完善，以及對電源系統(tǒng)、導(dǎo)盲儀整體構(gòu)成的討論。二、畢業(yè)設(shè)計的實施(1)實施方案本設(shè)計選取STC89C52作為核心處理器，以US100超聲波傳感器和溫度傳感器作為硬件輔助，和LED顯示、蜂鳴器等一起完成整個設(shè)計。系統(tǒng)工作時，先由單片機控制的振蕩源發(fā)出信號用來驅(qū)動超聲波傳感器US100，使它發(fā)射脈沖。定時器在第一個超聲波脈沖發(fā)射后開始計數(shù)，在檢測到第一個回波脈沖的瞬間停止計時，計算出從發(fā)射脈沖到接收脈沖的時間差t。根據(jù)超聲波的測距原理，利用公式S=VT/2，計算出與障礙物之間的距離。由于本設(shè)計使用了自帶溫度的US100超聲波傳感器，因此不管溫度為多少，超聲波的速度都可使用340m/s來計算。測得的溫度與計算得出的距離用LED進(jìn)行顯示，觸發(fā)蜂鳴器報警。(2)設(shè)計思路與步驟本設(shè)計主要可以分為四個研究階段：①相關(guān)理論、背景知識的學(xué)習(xí)；②硬件的選擇與使用；③軟件編程、編譯；④上機調(diào)試，修改與完善；⑤討論電源系統(tǒng)以及導(dǎo)盲儀的整體構(gòu)成。其中最重要的工作為第三階段，它的設(shè)計步驟大體為：編寫超聲波發(fā)射、接收模塊；設(shè)計超聲波測距模塊；設(shè)計溫度采集、補償模塊；設(shè)計LED顯示模塊（顯示距離）；蜂鳴器報警系統(tǒng)； (3)硬件的工作原理①STC89C52單片機最小原理系統(tǒng)圖1 STC89C52的最小原理圖②US100超聲波傳感器工作原理US100測距模塊同時具有電平和串口兩種輸出模式。在模塊的背面有一個模式選擇跳線接口用來進(jìn)行US100工作模式的選擇。插上跳線帽時為串口模式，拔掉則為電平觸發(fā)模式。本設(shè)計中選擇使用的是串口工作模式。 圖2為US100超聲波傳感器串口觸發(fā)時的測序時序圖，只需在Trig/TX管腳輸入0X55，系統(tǒng)便可發(fā)出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當(dāng)檢測到回波信號后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正結(jié)果通過Echo/RX管腳輸出。圖2 US100串口觸發(fā)測序時序圖時序(4)整體軟件程序設(shè)計流程圖開始系統(tǒng)初始化發(fā)送超聲波脈沖等待接收超聲波脈沖RI=1?計算距離4500mm?LED顯示‘’500mm?蜂鳴器報警LED顯示數(shù)值是否是否否是圖3 整體程序設(shè)計流程圖使用US100的串口測距原理編寫程序時，首先要對串口進(jìn)行初始化，然后向TX管腳發(fā)送0X55，啟動發(fā)射探頭，然后等待檢測RX管腳狀態(tài)，當(dāng)接收到回波后，進(jìn)行距離的計算，將計算值通過串口傳送給單片機進(jìn)行處理并由數(shù)碼管顯示。，蜂鳴器報警。(5)軟件系統(tǒng)C語言程序中所用到的函數(shù)：void main() //主函數(shù)void LEDdelay() //延時函數(shù)void UART_init() //串口初始化函數(shù)void MeterTempByUART() //超聲波發(fā)送函數(shù)void UARTSnd() //字符發(fā)送函數(shù)void UART_ISR()interrupt4 //數(shù)碼管掃描函數(shù)void DisplayLED() //LED顯示函數(shù)(6)文獻(xiàn)資料[1] 戴曰章 [D].濰坊學(xué)院信息與控制工程系，2005[2] [D].南京理工大學(xué)，2012[3] [B].西安石油大學(xué),2006[4] [B].上海電力學(xué)院，2006,22[5] 梁改革,徐亮亮,[A].中國礦業(yè)大學(xué)，2010，16（45）[6] 張文祥,[M].電子工業(yè)出版社，2011[7] [M].中國電力出版社，2011三、設(shè)計中遇到的問題與困難在設(shè)計中，我遇到的第一個困難就是硬件選型方面，使用HCSR04超聲波傳感器，需加額外的溫度傳感器進(jìn)行補償，在編程方面將會非常復(fù)雜；使用價格昂貴的US100超聲波傳感器，因其自帶溫度補償，將會大大簡化程序，但在讀取溫度，用LED顯示時，又會遇到編程的困難。目前，我選擇采用的是US100超聲波傳感器，對于如何顯示溫度，我將在下一階段調(diào)試過程中完成。四、下一步的工作安排⑴下階段的研究內(nèi)容主要有4個方面：，修改與完善C語言程序；；，準(zhǔn)備答辯；(2)時間進(jìn)度1112周硬件與軟件調(diào)試，修改和完善C語言程序1314周電源系統(tǒng)以及導(dǎo)盲儀整體系統(tǒng)的討論1517周撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯五、撰寫畢業(yè)論文的具體安排在完成整個系統(tǒng)設(shè)計后，就要開始著手畢業(yè)論文的設(shè)寫作了。我的畢業(yè)論文預(yù)計分為這樣幾部分：（1）緒論部分；（2）系統(tǒng)的總體設(shè)計部分；（3）系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計；（4）系統(tǒng)的軟件設(shè)計；（5）系統(tǒng)裝配與調(diào)試；（6）電源系統(tǒng)以及導(dǎo)盲儀整體構(gòu)成的討論；（7）結(jié)論。撰寫畢業(yè)論文論文修改、排版、打印準(zhǔn)備答辯具體時間安排：53附錄3 英文文獻(xiàn)翻譯 附錄3 英文文獻(xiàn)翻譯 一個精確的超聲波測距與自動溫度補償系統(tǒng) 電氣工程系，國立大學(xué)，臺灣，中國摘要：本研究提出了一種對環(huán)境平均溫度進(jìn)行自我溫度補償而不是單點溫度的精確的距離測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了回波脈沖技術(shù)中的振幅調(diào)制和相位調(diào)制技術(shù)。該系統(tǒng)能夠減少由慣性延遲和使用點和點包絡(luò)平方波時振幅衰減效應(yīng)所做成的錯誤。該系統(tǒng)采用兩個相同的測量硬件，并設(shè)置使用APESW超聲波驅(qū)動波形。第一組硬件測量聲速(也涉及環(huán)境平均溫度信息)作為第二組距離測量硬件的溫度補償?shù)慕Y(jié)果數(shù)據(jù)。雖然沒有使用溫度傳感器,但實驗結(jié)果表明STC測距系統(tǒng)可以精確測量距離。此外。采用STC方法是簡單的并且可以很容易的適用于不容易設(shè)置和放置溫度傳感器的機器人設(shè)備。STC測距系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是：高分辨率、低成本、易于實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：點和點包絡(luò)平方波形，距離測量，自我溫度補償、飛行時間、超聲波 55介紹在先前的研究中,已經(jīng)提出了點與點包絡(luò)平方波形(APESW)技術(shù)[1,2]。APESW超聲波驅(qū)動波形會在相應(yīng)的波形接收器處產(chǎn)生相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。相位反轉(zhuǎn)現(xiàn)象能夠充分識別接收到的“測量脈沖”波形，并且可用于準(zhǔn)確的飛行時間(TOF)測量。此外，結(jié)合計數(shù)器技術(shù)計算飛行時間最后一個周期的相位變化提出的系統(tǒng)可以獲得（對應(yīng)波長為40 kHz頻率的超聲波）%的距離分辨率。該算法能克服慣性延遲問題，并且能實現(xiàn)更準(zhǔn)確的飛行時間(TOF)測量。這兩個工作考慮到了聲速會隨溫度的變化而變化，因此耦合周圍環(huán)境溫度測量來補償聲速。然而，在快速變化的溫度環(huán)境中,這種方法的缺點是傳感器的(熱敏電阻、熱電偶或熱電堆)緩慢的反應(yīng)時間(大約4 ms)。另一個問題是，這種傳感器的使用僅涉及一個單點測量,不足以代表空間環(huán)境平均溫度。為了克服這些問題，本文提出了一種自我溫度補償(STC)技術(shù)，并構(gòu)建了一個基于APESW方法的復(fù)合超聲波測距系統(tǒng)。在同樣的工作空間(即聲速環(huán)境)下，我們采用兩套相同的使用APESW超聲波驅(qū)動波形的測量硬件。第一組硬件測量聲速(也涉及環(huán)境平均溫度信息)作為第二組距離測量硬件的溫度補償?shù)慕Y(jié)果數(shù)據(jù)。本文組織如下：STC測量：用以描述STC方法的主要概念。系統(tǒng)實現(xiàn)包括：系統(tǒng)模塊、硬件設(shè)置、復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)的功能模塊和實驗中詳細(xì)的軟件流程圖。結(jié)果與討論：給出實驗結(jié)果并進(jìn)行討論。結(jié)論：提出結(jié)論性言論。51STC測量在理想氣體、恒壓條件下,聲速c： (1) 式中，γ、R、T、M分別為比熱容比、通用氣體常數(shù)、絕對溫度(開爾文)和摩爾質(zhì)量[3,4]。比熱容比γ和摩爾質(zhì)量M都與濕度有關(guān)。然而，與溫度的影響相比，濕度對聲速的影響相對較小[1,2]。為了評估STC方法的效率以及簡化實驗設(shè)置，濕度水平被控制在一個固定的值。公認(rèn)的聲速值c，在0℃和一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下(760毫米汞柱)為： 177。 m/s[4]。無視濕度的變量,增加絕對溫度的平方根代替攝氏(t)，音速ct)可以表達(dá)為： (2)一般來說，幾何距離測量可以通過測量超聲波的飛行時間，然后通過測量相移之間的傳輸和接收電波來實現(xiàn)。發(fā)射器和接收器之間的距離d可由下式表達(dá)： (3)其中，c是聲速和TF是波的飛行時間。超聲波測距中最常用的是連續(xù)方波。接收器的共振信號可以寫成： (4)其中，ER是接收信號的峰值，x的基頻共振角傳感器，h是與測量的距離成比例的相移角度。相位變化測量僅限于2 π弧度,或一個波長(λ)。這樣一個小范圍的限制將嚴(yán)重限制使用階段檢測位移的測量?？朔@種限制的一個方法是添加整數(shù)的發(fā)生在位移范圍內(nèi)的計算數(shù)量的波長。總位移可以由公式計算：