【導(dǎo)讀】河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文基于ARM的超聲波測距模塊開發(fā)

　　

【正文】 方式 （ 1）事件驅(qū)動方式 事件驅(qū)動通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。 可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲并處理這些通訊事件。 OnComm 事件還可以檢查和處理通訊錯誤。在編程過程中，就可以在 OnComm 事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼。 （ 2）查詢方式 查詢方式實質(zhì)上還是事件驅(qū)動，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個關(guān)鍵功能之后，可以通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢事件和錯誤。如果應(yīng)用 程序較小，并且是自保持的，這種方法可能是更可取的。 MSComm 控件屬性 MSComm 控件有很多重要的屬性，但首先必須熟悉幾個屬性 [31]： CommPort 設(shè)置并返回通信端口號： Settings 以字符串的形式設(shè)置并返回數(shù)據(jù)傳輸速率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位； PortOpen 設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口； Input 從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符； Output 向傳輸緩沖區(qū)寫一個字符串。 MSComm 控件常用的幾個屬性： CommPort 屬性、 Settings 屬性、 PortOpen屬性、 Input 屬性、 Output 屬性。 MSComm 控件的使用 MSComm 控件通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，使用非常方便。下面對 Delphi 中使用 MSComm 控件進行通信編程進行簡單介紹。 （ 1）初始化并打開串口 設(shè)置 MSComm 控件的屬性可以在程序設(shè)計期時直接指定，也可以在程序運行期間設(shè)置。除了使用對象觀察器設(shè)置 MSComm 控件的屬性外， Delphi 還提供了一個屬性對話框，雙擊窗體中的 MSComm 控件即可彈出，可以通信端口號、通信協(xié)議 、傳輸速率參數(shù)、數(shù)據(jù)接收格式 、通信端口開 /關(guān)進行設(shè)定。 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 28 圖 58 系統(tǒng)通信軟件界面 （ 2）捕捉串口事件 MSComm 控件可以采用查詢或事件驅(qū)動的方法從端口獲取數(shù)據(jù)。由于控件的OnComm 事件通過 CommEvent 屬性能夠反映串口當(dāng)前發(fā)生的錯誤和事件，所以操作串口最簡單的方法就是適當(dāng)?shù)卦O(shè)置控件 Rtreshold 屬性為一個正數(shù)，然后編寫其 OnComm 事件處理代碼。 （ 3）串口的讀寫 串口的讀寫分為兩種情況：字符串的讀寫和二進制數(shù)的讀寫。由于 Input 和Output 中都是 Variant 變量 ， Delphi 能夠直接將它們和字符串類型相互轉(zhuǎn)換，所以可以直接讀取 MSComm控件的 Input 屬性，以及直接用字符串為 Output 屬性賦值。如果雙方是以二進制形式發(fā)送數(shù)據(jù)，如果一方以字符串形式讀寫，那么通信就會失敗。 （ 4）關(guān)閉串口 在使用完 MSComm 通信對象后，需要將通信端口關(guān)閉。如果關(guān)閉窗體，占用的端口也會被關(guān)閉。 系統(tǒng)通信軟件設(shè)計 在安裝 MSComm 控件后，選擇“ File|New|Application”菜單項，保存項目和單元文件。然后在主窗口中添加各類組件，建立系統(tǒng)通信軟件界面如圖 58，具體實現(xiàn)程序見附錄 。 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 29 第六章 系統(tǒng)測試 測試 主要 儀器 ： 12V～ 24V穩(wěn)壓電源 一臺 Tektronix TDS 2021 100MHz 1GS/s 示波器一臺 萬用表一臺 PC 機一臺（有串口） 測試結(jié)果如下： 發(fā)射回路的測試 用示波 器觀測 超聲波發(fā)射電路輸出的驅(qū)動超聲波傳感器工作聲波波形 ，峰 峰值為 5V，輸出波形 為矩形波，頻率為 40kHz，波形 基本不失真 ，并且相當(dāng)穩(wěn) 定。波形如下圖所示： 圖 51 555 電路產(chǎn)生高低電平為 1： 1000 圖 52 555 電路產(chǎn)生的經(jīng)調(diào)制后的40KHZ 方波信號 的矩形 圖 53 4049 驅(qū)動后到達(dá)超聲波發(fā)射傳感器的 40KHZ 方波信號 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 30 接收回路的測試 接收回路接收到回波后，經(jīng)過放大比較，檢出的有用信號為一個脈寬可變的正 脈沖，脈寬就是超聲波的渡越時間，并將該脈沖送給 ARM 的中斷口，由 ARM通過中斷檢測出脈沖的寬度，用示波器觀測產(chǎn)生脈寬可變的正脈沖的波形過程如下圖。波形很穩(wěn)定，改變超聲波傳感器與障礙物的距離時，脈沖寬度也隨之改變。 啟動儀器，液晶顯示器上將顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度，如圖 58；再經(jīng)過短暫的停頓后，系統(tǒng)將進入檢測距離狀態(tài)，如圖 59，如選擇 RS232 輸出設(shè)置，系統(tǒng)將會把檢測到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給 PC 機，如圖 510。 圖 57 經(jīng) RS 觸發(fā)器檢出的脈寬反映超聲波傳播時間的正脈沖信號 圖 55 回波信號經(jīng)一級放大后的波形 圖 56 回波信號經(jīng)二級放大后的波形 圖 54 超聲波接收傳感器接收的回波信號 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 31 圖 58 溫度檢測 圖 59 距離檢測 圖 510 與 PC 機通信 標(biāo)尺（ mm） 測試（ mm） 標(biāo)尺（ mm） 測試（ mm） 標(biāo)尺（ mm） 測試（ mm） 300 300 2400 2404 4600 4603 400 400 2500 2500 4700 4700 500 500 2600 2600 4800 4804 600 600 2700 2700 4900 4900 700 697 2800 2803 5100 5100 800 800 2900 2903 5200 5200 900 898 3000 3000 5300 5300 1000 1000 3100 3102 5400 5400 1100 1100 3200 3200 5700 5704 1200 1200 3300 3300 5800 5800 1300 1296 3400 3400 5900 5902 1400 1400 3500 3500 6000 6000 1500 1500 3700 3702 6100 6100 1600 1600 3800 3802 6200 6203 1700 1697 3900 3900 6300 6300 1800 1801 4000 4000 6400 6400 1900 1900 4100 4102 6500 6500 2021 2021 4200 4203 6600 6600 2100 2100 4300 4300 6700 6700 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 32 2200 2200 4400 4400 6800 6802 2300 2302 4500 4500 6900 6900 通過測試，系統(tǒng)精度達(dá)到了設(shè)計的要求，誤差很難避免，但通過分析誤差的來源，改變設(shè)計和測試方法，可以把降低系統(tǒng)的誤差。從而使系統(tǒng)更加完美。如對測量結(jié)果進行數(shù)字濾波，對環(huán)境溫度進行多點測量，避免局部溫度對系統(tǒng)造成誤差。 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 33 第七章 系統(tǒng)展望 在設(shè)計和開發(fā)過程中，嚴(yán)格遵循了系統(tǒng)的需求分析、總體設(shè)計、軟硬件詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)試等開發(fā)步驟，分階段的完成了各設(shè)計任務(wù)。但在系統(tǒng)調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)存在一些問題有待進一步探討和改進，主要包括以下幾個方面 ： (1) 檢測精度方面。雖然課題采用 ARM 來提高系統(tǒng)檢測的精度，并且采用溫度補償和數(shù)字濾波的方法減少了部分檢測誤差，但是系統(tǒng)的測量精度仍然與理論值有所差距。通過提高采樣頻率，可進一步提高檢測精度，但是還是要綜合考慮硬件的承受能力。 (2) 性能穩(wěn)定性方面。課題由于時間倉促，在電路分析設(shè)計上雖盡量全面考慮，但是在一些特殊的測量環(huán)境（如濕度比較大、風(fēng)力比較大的環(huán)境），系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)并不穩(wěn)定 。 并且在換能器驅(qū)動方面，發(fā)射功率還不是很理想，接收電路還需改進。 (3) 嵌入式監(jiān)控方面。由于本課題是作者第一次運用到嵌入式設(shè)計，許多運用不熟悉，在設(shè)計時遇到很多困難 。雖然最終能實現(xiàn)系統(tǒng)要求，但會有數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象發(fā)生。這方面設(shè)計需要進一部修改。 (4) 系統(tǒng)全面完善。本課題主要還是著重在概念的提出，初步的實驗階段，實驗結(jié)果雖然比較成功，但如果要真正應(yīng)用到產(chǎn)品生產(chǎn)，還有很多可待改進之處。比如可以在系統(tǒng)中加入控制報警模塊，用戶可以根據(jù)需要對系統(tǒng)設(shè)定一個測距安全區(qū)間，當(dāng)系統(tǒng)測量到的位移信息不在該區(qū)間內(nèi)，系統(tǒng)自動報警，提醒用戶。 本課題利用 波分析法對回波信號進行運算處理 ，大大提高了測距精度，并且將嵌入式 ARM 微處理器引入其中， 推動著超聲 測距 系統(tǒng)向著控制精度更高、更加智能化的方向 發(fā)展 。 超聲波檢測以其非接觸性優(yōu)點，在工程應(yīng)用中，得到了廣泛的應(yīng)用。 本智能測量模塊可以用來測量料位、物位、液位等，可以做成環(huán)保局、水利局水位檢測、采集、控制系統(tǒng)?？梢园驯鞠到y(tǒng)安裝在各個水位采集點，系統(tǒng)將各個采集點的水位實時上傳給上位機，上位機可以通過通信網(wǎng)絡(luò)對各個采集點的水位進行實時監(jiān)控，本系統(tǒng)還可以加上無線發(fā)送模塊，通過無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送給上位機。河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 34 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個系統(tǒng)考察，是理論學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合的一個系統(tǒng)學(xué)習(xí)，也是我們對大學(xué)四年所學(xué)的一個系統(tǒng)總結(jié)。由于本智能測量模塊的核心控制器是 ARM，在做課題之前，我又對 ARM 機進行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，完成了 ARM最小系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試以及 ARM 外圍電路的設(shè)計和編程（如鍵盤、液晶顯示、蜂鳴器等），通過學(xué)習(xí)我對 ARM 的相關(guān)技術(shù)有了一個較為系統(tǒng)的把握。 畢業(yè)設(shè)計讓我認(rèn)識到，如果要想成功，就要有耐心和信心。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中我曾遇到了許多困難，有些問題在導(dǎo)師 的指導(dǎo)下很快就能解決，但有些細(xì)微的問題，就需要自己想辦法去解決。 通過系統(tǒng)編程 ，我深刻地認(rèn)識到，在編程之前首先要畫出程序流程圖，然后在去按照流程圖來進行具體的程序設(shè)計。 致 謝 本論文是在導(dǎo)師 朱昌平 教授的諄諄 教誨和悉心指導(dǎo)下完成的。 在此我要特別感謝我的指導(dǎo)老師朱昌平教授！感謝朱老師對我的孜孜不倦的指導(dǎo)，論文 匯聚了導(dǎo)師的智慧和汗水。在導(dǎo)師的不斷鼓勵下，我得以順利完成論文 創(chuàng)作。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識、寬廣的胸懷和為事業(yè)的獻身精神，給我留下的極深刻的印象，讓我非常的佩服，在這過程中不管遇到什么困難，朱老師總是盡可能的為我提供各種幫助，及時給予學(xué)習(xí)上的指導(dǎo)和生活上的照顧，我從心底感激朱 老師。 在 315 實驗室和老師、師兄、師姐一起的日子里我 學(xué)到了很多，這段日子給我以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)深造打下了一個堅實的基礎(chǔ)，這段日子將永 遠(yuǎn)留在我 記憶中。 同時還衷心的感謝在本次畢業(yè)設(shè)計過程中給我以很大幫助的韓慶邦老師、單明雷老師、李建老師、 路正蓮老師 他們在本次畢業(yè)設(shè)計中給了我們很多幫助和支持，在此表示我對他們的感謝。 感謝師兄郭衛(wèi)棟、王月慶、鄧星松、師姐路龍惠等在科研過程中給予我的大量的幫助。 感謝全體 315 實驗室的兄弟姐妹，再次對關(guān)心和幫助過我的人們衷心說聲：謝謝！謝謝你們的幫助和照顧，使我成為一個合格的本科畢業(yè)生。 最后我要感謝我的家人，是他們一直鼓勵我、支持我，使我能夠順利的完成學(xué)業(yè)。 作者：劉曉萍 二零零七年六月 河海大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ARM 的超聲波測距模塊開發(fā) 35 參考文獻 【 1】 趙珂 . 時差法超聲測距儀的研制 [J]. 國外電子