【正文】 大學(xué)生活結(jié)束，似水流年的日子里，我開始期待明天。非常感謝他在學(xué)校工作那么忙的情況下，還非常辛勤地指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文。 大學(xué)生活使我懂得了許多，在這期間我在學(xué)校過的很充實，這篇畢業(yè)論文的完成，與我的周圍的人是分不開的，在此表示感謝。 超聲 波測距系統(tǒng) 43 致謝 很感慨， 我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。 以單片機技術(shù)運用于為核心的智能溫控風(fēng)扇，結(jié)合簡單電路電機控制，在結(jié)構(gòu)小巧美觀，設(shè)計簡單靈活，使用方便安全，具有易于安裝、易于操作、易于維護(hù)等特點。功能上的缺憾是對于兩個檔之間的臨界溫度處理不好，并且檔位太少。 本系統(tǒng)在當(dāng)今提倡人性化設(shè)計和健康產(chǎn)品的環(huán)境下具有非常好的市場前景。 2)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡單，隨時可以根據(jù)軟件編寫新的功能加入產(chǎn)品。 系統(tǒng)以單片機 AT89C51 為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對環(huán)境溫度信號的采集、處理、顯示等功能 。 超聲 波測距系統(tǒng) 42 結(jié) 論 通過這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。作為數(shù)組元素的構(gòu)體變量包括任務(wù)名、任務(wù)優(yōu)先級、任務(wù)標(biāo)志位等，其中任務(wù)名、任務(wù)標(biāo)志位定義為字符串?dāng)?shù)組， 采用雙重循環(huán)語句來讀寫任務(wù)模塊調(diào)度表，調(diào)用相應(yīng)任務(wù)模塊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)工作模式的管理，完成姿態(tài)軌道控制任務(wù)。對于需要再次調(diào)用的任務(wù)在運行完后掛起，等下次用時激活運行即可；對于不會再次調(diào)用的任務(wù)則在運行完后刪除，以免占用空間。通過姿軌控系統(tǒng)工作模式管理模塊對各應(yīng)用軟件任務(wù)模塊的調(diào)用來完成姿軌控應(yīng)用軟件系統(tǒng)的功能。仿真時考慮一種特殊情況：遙測遙控任務(wù)打斷模式管理任務(wù)的執(zhí)行，但在遙測遙控任務(wù)執(zhí)行的過程中，系統(tǒng)發(fā)生了故障，則遙測遙控任務(wù)也被故障恢復(fù)執(zhí)行工作模式管理任務(wù)。在任務(wù)調(diào)度上，所有任務(wù)都工作在可剝奪的調(diào)度方式下，即在任何時刻，只要有一個任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)而且優(yōu)先級高于正在運行的任務(wù)，則立即掛起當(dāng)前的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行新的任務(wù)，直到這個任務(wù)執(zhí)行完成后，再喚醒原來被掛起的低優(yōu)先級任務(wù)。在其他的任務(wù)中與硬件相關(guān)的底層任務(wù)優(yōu)先級較高，其中 故障檢測與恢復(fù)任務(wù)級別最高，其次是遙測遙控管理任務(wù)，最后是姿態(tài)系統(tǒng) I/O 任務(wù)。 在整個姿軌控系統(tǒng)中多任務(wù)管理任務(wù)工作于系統(tǒng)級，其他的任務(wù)均工作于應(yīng)用級。姿軌控系統(tǒng)各個任務(wù)可以工作在系統(tǒng)級或者應(yīng)用級，而且有許多不同的運行方式，這些都可以在使用中自由選擇，軟件設(shè)計人員有很大的靈活性。 姿軌控應(yīng)用程序在實現(xiàn)上由多個任務(wù)協(xié)同工作完成，在結(jié)構(gòu)上分為多任務(wù)調(diào)度管理任務(wù) (或稱為Schedule 任務(wù) )、遙測遙控任務(wù)、故障診斷及系統(tǒng)重構(gòu)任務(wù)、程序和數(shù)據(jù)注入任務(wù)、系統(tǒng)工作模式管理任務(wù)、姿態(tài)確定與控制、軌道控制等應(yīng)用任務(wù)模塊。應(yīng)用軟件通過設(shè)備驅(qū)動模塊采集敏感部件的姿態(tài)信息和 GPS 接 收機的軌道信息，進(jìn)行控制規(guī)律的解算，并通過設(shè)備驅(qū)動模塊控制執(zhí)行機構(gòu)和太陽帆板。可將星載控制計算機軟件分為三部分：系統(tǒng)引導(dǎo)程序、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。在設(shè)計小衛(wèi)星軟件系統(tǒng)的過程中，可以借鑒 “ 模塊化公用艙 ” 和 “ 軟件總線 ” 思想，對星載嵌入式軟件系統(tǒng)的開發(fā)采用模塊化軟構(gòu)件來設(shè)計軟件的功能模塊，從而提高軟件開 發(fā)的效率、程序的質(zhì)量，并改進(jìn)維護(hù)方式。針對衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的需求，軟件系統(tǒng)采用縱橫結(jié)合型體系結(jié)構(gòu)?？v向的軟件結(jié)構(gòu)具有可理解性、可適應(yīng)性 、可重用性。 縱向體系結(jié)構(gòu)中包含層次和線索兩個概念。 橫向體系結(jié)構(gòu)，是指某一個軟件系統(tǒng)可分為多個層次，層次之間的組件關(guān)系較為簡單，只有上層組件調(diào)用下層組件的關(guān)系，而同一層次內(nèi)部各組件之間的聯(lián)系較為密切，相互之間傳送消息比較頻繁。這種結(jié)構(gòu)支持基于抽象層次的設(shè)計、演化和重用。線索是一類子系統(tǒng)，它們之間存在調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系，在執(zhí)行后，完成一個子系統(tǒng)的功能。垂直型包含一系列類，并將它們組織成層次和線索。共享存儲體型 包含兩種不同的組件，中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表當(dāng)前狀態(tài)，一系列獨立的組件來操縱中心數(shù)據(jù)存儲，并通過中心存儲體相互通訊。 面向?qū)ο蟮慕M織方式 數(shù)據(jù)和它的原始操作是封裝在對象內(nèi)部，對象通過事件驅(qū)動來 協(xié)同工作。 如圖 91： 圖 91 縱橫結(jié)合型體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 軟件體系結(jié)構(gòu)分析與總體設(shè)計 普遍的體系結(jié)構(gòu)有： 管道和過濾器型 這種體系結(jié)構(gòu)中每個組件有一系列輸入和一系列輸出，一個組件從它的入口讀取數(shù)據(jù)流，在它的出口產(chǎn)生數(shù)據(jù)流。 傳統(tǒng)星載軟件的設(shè)計方法、開發(fā)手段已不能適應(yīng)日益復(fù)雜的需求，采用微內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)作為軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種縮短開發(fā)周期、調(diào)試方便有效的快速解超聲 波測距系統(tǒng) 37 決方案。 軟件體系結(jié)構(gòu)是對軟件各高層抽象的理解，必須在較早階段對軟件進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)層的分析，其中算法和數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)的選擇處在軟件體系結(jié)構(gòu)的較低層次上。使用時要與去耦電容成對使用。每塊印制電路板電源引入的地方要安放一只大容量的儲能電容。作為儲能元件，它吸收或提供該集成電路內(nèi)部三極管導(dǎo)通、截止引起的電流變化 (di/dt)，從而降低系統(tǒng)噪聲。原則是萬一程序落到這里可以自恢復(fù)。 在應(yīng)用軟件設(shè)計方面，設(shè)計者都有各自的經(jīng)驗。 以上提到的是當(dāng)前廣泛使用的單片機應(yīng)該具有的內(nèi)部抗干擾措施。單片機應(yīng)用系統(tǒng)程序是事先寫好的，不可能有非法指令或?qū)ぶ贰? 軟件方面的措施 是 單片機本身在指令設(shè)計上也有一 些抗干擾的考慮。交替使用施密特電路和 rc 濾波可以使這類毛刺不起作用，這就是 eft 技術(shù)。當(dāng)振蕩電路的正弦波信號受到外界干擾時，其波形上會疊加一些毛刺。在是否使用低電壓復(fù)位 功能時應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況權(quán)衡一下。由于單片機技術(shù)的發(fā)展，單片機本身對電源電壓范圍的要求越來越寬。 看門狗技術(shù)是監(jiān)測應(yīng)用程序中的一段定時中斷服務(wù)程序的運行狀況，當(dāng)這段程序不工作時判斷為系統(tǒng)故障，從而產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位。而時鐘監(jiān)控有效與省電指令 stop 是一對矛盾。以降低 di/dt。這些大功率的驅(qū)動電路集成到單片機內(nèi)部無疑增加了噪聲源。另一個在集成電路設(shè)計上降低噪聲的例子是驅(qū)動電路的設(shè)計。這使得電源噪聲穿過整個硅片。 低噪聲運用 傳統(tǒng)的集成電路設(shè)計中，在電源、地的引出上通常將其安排在對稱的兩邊。近年來，一些生產(chǎn) 8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的 1/3。以 8051 單片機為例，最短指令周期 1μ s時 ，外時鐘是 12mhz。 超聲 波測距系統(tǒng) 35 外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。 （ 5）布線時避免 90 度折線 ,減少高頻噪聲發(fā)射。 （ 4）電路板上每個 IC 要并接一個 F～ μ F 高頻電容 ,以減小 IC對電源的影響。 （ 2）在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（一般是 RC 串聯(lián)電路 ,電阻一般選幾 K到幾十 K,電容選 ） ,減小電火花影響。 抑制干擾源的常用措施如下： （ 1）繼電器線圈增加續(xù)流二極管 ,消除斷開線圈時產(chǎn)生的反電動勢干擾。 減小干擾源的 du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。 抑制干擾源 抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的 du/dt, di/dt。 （ 5）漏電耦合： 這種耦合是純電阻性的 ,在絕緣不好時就會發(fā)生。 （ 4）電磁感應(yīng)耦合： 又稱磁場耦合。 （ 3）電容耦合： 又稱電場耦合或靜電耦合。為了防止這種耦合 ,通常在電路設(shè)計上就要考慮。對于這種形式 ,最有效的方法就是加入去耦電路。干擾的耦合方式 ,無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等等 ,細(xì)分下來 ,主要有以下幾種： （ 1）直接耦合： 這是最直接的方式 ,也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。 干擾的耦合方式 干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一 定的耦合通道才對測控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。 按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。 分類 干擾的分類 干擾的分類有好多種 ,通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同的分類。指容易被干擾的對象。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 （ 2）傳播路徑。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號 , 用數(shù)學(xué)語言描述如下： du/dt, di/dt 大的地方就是干擾源。這些都構(gòu)成單片機系統(tǒng)的干擾因素 ,常會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)運行失常 ,輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量 ,重則會導(dǎo)致事故 ,造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 超聲 波測距系統(tǒng) 32 為 簡 單 起 見 ， 我 們 只 是 編 寫 了 8 位 LED 同 步 顯 示00000000— 11111111直到 99999999數(shù)字，并且反復(fù)循環(huán)。如頻 率太高，由于每個 LED點亮的時間太短， LED 的亮度太低，肉眼無法看清，所以一般均取幾個 ms 左右為宜，這就要求在編寫程序時，選通某一位 LED 使其點亮并保持一定的時間，程序上常采用的是調(diào)用延時子程序。這樣當(dāng)選通某一位 LED 時，相應(yīng)的地址線 (74LS04 輸出端 )輸出的是高電平，所以我們的 LED 選用共陽 LED數(shù)碼管。地址線我們通過一片 74LS138三 — 八譯碼器對 8位 LED進(jìn)行分時選通，這樣在任一時刻，只有一位 LED是點亮的，但只要掃描的頻率足夠高 (一般大于 25Hz)，由于人眼的視覺暫留特性，直觀上感覺卻是連續(xù)點亮的，這就是我們常說的動態(tài)掃描電路。 ⑤ 有條件的采用四層以上印制板 ,中間兩層為電源及地。 ③ 獨立系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ,減少接插件與連線 ,提高可靠性 ,減少故障率。 （ 10）印制板工藝抗干擾： ① 電源線加粗 ,合理走線、接地 ,三總線分開以減 少互感振蕩。 （ 9）加復(fù)位電壓檢測電路。 （ 7） A/D 轉(zhuǎn)換用隔離放大器或采用現(xiàn)場轉(zhuǎn)換 :減少誤差。 （ 5）通訊線用雙絞線 :排除平行互感。 （ 3）采用集成式直流穩(wěn)壓電源 : 有過流、過壓、過熱等保護(hù)作用。 （ 2）變壓器雙隔離措施 :變壓器初級輸入端串接電容 ,初、次級線圈間屏蔽層與初級間電容中心接點接大地 ,次級外屏蔽層接印制板地 ,這是硬件抗干擾的關(guān)鍵手段。 （ 6） IC器件盡量直接焊在電路板上 ,少用 IC 座。 （ 4）對單片機使用電源監(jiān)控及看門狗電路 ,如 ： IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045 等 ,可大幅度提高整個電路的抗干擾性能。 （ 3）對于單片機閑置的 I/O口 ,不要懸空 ,要接地或接電源。 （ 2）布線時 ,電源線和地線要盡量粗。 超聲 波測距系統(tǒng) 30 9 提高敏感器件抗干擾性能 提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對干擾噪聲的拾取 ,以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。 像這種檢測在 LED的一端 LED 恒流驅(qū)動 IC也可以并聯(lián)設(shè)計驅(qū)動 ,實際上 IC是單獨工作的 ,最后在并流一起。 EN 使能電壓要符合規(guī)格書要求 ,不要電壓太高損壞 EN 腳。 采用 DD312 并聯(lián)參考設(shè)計直接驅(qū)動 3顆 6WLED。大超聲 波測距系統(tǒng) 29 于 1A 的 IC 工藝成本的原因 MOS 管都是外置 ,外置 MOS 管線 路復(fù)雜 ,可靠性減低。多三極管集成器件的使用可以減少 IC 的使用數(shù)量 ,從而減低設(shè)計產(chǎn)品成本。恒流部分在要求不是很高的條件下可以這樣設(shè)計 ,穩(wěn)定的電壓或穩(wěn)定的 PWM 伏值驅(qū)動穩(wěn)壓后的三極管偏壓 ,做到基本恒流。 注意需要 VF值分檔 ,同檔 VF值的 LED盡量使用在同一產(chǎn)品上面 ,產(chǎn)品可以保證誤差電流在 1mA之內(nèi) LED相對 恒 流狀態(tài)。 超聲 波測距系統(tǒng) 28 8 LED 動態(tài)掃描顯示電路 LED 因其 VF 值特性原因做不到相同 ,隨著溫度及電流大小也有些 VF 值也會發(fā)生變化 ,一般不適合并聯(lián)設(shè)計。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入 口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 可編程串行通道 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 128*8 位內(nèi)部 RAM 超聲 波測距系統(tǒng) 27 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 與 MCS51 兼容 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89