【正文】 后主要判斷是否發(fā)送超聲波，發(fā)送超聲波后，根據(jù)超聲波接收到的時(shí)間，按照公式計(jì)算出距離信息，同時(shí)將距離信息發(fā)送到相應(yīng)的顯示端口，使LED 顯示屏予以顯示當(dāng)前的距離信息。 例如需要顯示數(shù)字 “ 12” 時(shí)，先輸出位選信號(hào)，選中第一個(gè)數(shù)碼管，輸出 1 的段碼，延時(shí)一段時(shí)間后選中第二個(gè)數(shù)碼管，輸出 2 的段碼。在編程時(shí)，需要輸出段選和位選信號(hào)，位選信號(hào)選中其中一個(gè)數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時(shí)一段時(shí)間后，再選中另一個(gè)數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交替。整個(gè)系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序等幾個(gè)主要部分。由于距離值的得出及顯示是在中斷子程序中完成的，因此在初始化發(fā)射程序后進(jìn)入中斷響應(yīng)的等待。 (4) 數(shù)據(jù)傳輸與顯示 經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用四位 LED 表示。 (3) 信號(hào)處理 RAM 中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因?yàn)橛?jì)數(shù)值與實(shí)際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為： S=*V*T＝ *V*(Tr*N)其中， T 為發(fā)射信號(hào)到接收之間經(jīng)歷的時(shí)間， Tr 為方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間分辨率， N 為計(jì)數(shù)器的值。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號(hào)、門控信號(hào)、發(fā)射脈沖信號(hào)、峰值采集信號(hào)、遠(yuǎn)近控制信號(hào)的時(shí)序及輸出。 在系統(tǒng)硬件構(gòu)架了超聲波測距的基本功能之后，系統(tǒng)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。 當(dāng) 1838V 接收到遙控信號(hào)時(shí) ， 產(chǎn)生中斷，處理遙控?cái)?shù)據(jù) ， 處理完后返回。 SEN_A1SEN_B15OUT12OUT23OUT313OUT414VCC9VSS4ENABL_A11ENABL_B6INPUT15INPUT27INPUT310INPUT412GND8JP1L298VCC+12VGNDD1IN5817D5IN5817D2IN5817D6IN5817D3IN5817D7IN5817D4IN5817D8IN5817+12VGND1 2J4MOTO112J5MOTO2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2OUT1_1OUT1_2OUT2_1OUT2_2C1104+C2100uGNDGNDGND+12VENAENBInput1AInput2AInput2BInput1BENAENBInput1AInput2AInput2BInput1B12345678910J1Ctrl_in12345678910J2Ctrl_inGND123J62LEDR1220GNDInput1AInput1BREDGREENR2220123J72LEDR3220GNDInput2AInput2BREDGREENR422012J312VPowerVCCGNDPD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7VCC 圖 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 紅外遙控接收模塊 遙控接收使用紅外接收模塊 1838，該接收模塊是一個(gè)三端元件，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高的特點(diǎn)。 Input4 2A 2A2輸入端， TTL電平兼容 13； 14 Out3。 Input2 1A 1A2輸入端， TTL電平兼容 6； 11 EnableA。 SenseB 電流監(jiān)測端，分別為兩個(gè) H 橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地 2； 3 Out1。 圖 L298N引腳圖 L298N 引腳功能如表 。其內(nèi)部的 內(nèi)部邏輯圖 如圖 所示。報(bào)警部分的連線，如圖 所示 1KR7LS3SpeakerQ69013VCCP31蜂鳴器 圖 小車驅(qū)動(dòng)模塊 為提高系統(tǒng)效率、降低功耗，功放驅(qū)動(dòng)電路采用基于雙極型 H 橋型脈寬調(diào)制方式（ PWM）的集成電路 L298N。 本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)掃描四個(gè)三極管作為位選的驅(qū)動(dòng)開關(guān)和電流放大。該模塊的 主要技術(shù)參數(shù)： (1) 使用電壓： DC5V (2) 靜態(tài)電流：小于 2mA (3) 電平輸出：高 5V (4) 電平輸出：底 0V (5) 感應(yīng)角度：不大于 15 度 (6) 探測距離： 2cm500cm 該模塊的外形圖如下： 14 圖 超聲波測距模塊的外形圖 板上接線方式 如表 ， 表 接線圖 Pin 名稱 注釋 1 VCC 供電 5V 2 Trig 控制端 3 echo 接收端 4 out 空腳，請懸空 5 GND 地 該超聲波 模塊 的 工作原理： (1) 采用 IO 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號(hào) ； (2) 模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回； (3) 有信號(hào)返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間 。能和國外的 SRF05,SRF02 等超聲波測距模塊相媲美。 RST： AT89S52 的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸 入端。它采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 圖 AT89S52單片機(jī)芯片 XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。具體步驟如下： (1) 根據(jù)實(shí)際電路的要求，選擇要使用哪些 I/O 端口，用 EQU 偽指令定義 12 其相應(yīng)的寄存器； (2) 初始化端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器，應(yīng)避免端口作為輸出時(shí)的開始階段出現(xiàn)不確定狀態(tài)，影響外圍電路正常工作； (3) 根據(jù)外圍電路功能，確定 I/O 端口的方向，初始化端口的數(shù)據(jù)方向寄存器。其將通 用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。系統(tǒng)硬件部分的整體框圖 如下所示： 超 聲 波 數(shù) 據(jù)采 集 主 控 器小 車 運(yùn) 動(dòng) 狀態(tài) 主 控 器超 聲 波 數(shù) 據(jù)采 集 模 塊紅 外 遙 控 模塊報(bào) 警 系 統(tǒng) 模塊超 聲 波 數(shù) 據(jù)顯 示 模 塊L 2 9 8 N 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 模 塊直 流 穩(wěn) 壓 電源 模 塊 模 塊 系統(tǒng)硬件部分的整體框圖 控制器 本設(shè)計(jì)經(jīng)過第三章的論證，選用了 ATMEl 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機(jī)， AT89S52是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8kB 的 可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 提供了高性價(jià)比的解決方案。 綜合考慮：本系統(tǒng)采用采用 9012 電視機(jī)遙控器，方便簡單，而且市場上較多，價(jià)格便宜。 方案三：采用目前最為流行軟包 9012 電視機(jī)遙控器 這種電視機(jī)遙控器，組成簡單，應(yīng)用方便，在主電路中用一個(gè)接收頭，接受信號(hào) 。 方案一：采用自制矩陣遙控器 采用矩陣鍵盤、主控器和光電二極管設(shè)計(jì)一個(gè)遙控器，電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且還得編程。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其 它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。 綜合考慮：本系統(tǒng)采用集成電路 L298N,通過單片機(jī)輸出邏輯電平就可以控制小車電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 方案二：采用集成電路 L298NH 橋電路。 每個(gè)電機(jī)都采用有四個(gè)三極管組成的 H 橋電路，三極管價(jià)格低廉，電路原理易懂。位選采用三極管電流驅(qū)動(dòng)和開關(guān)的選擇。 10 綜合考慮：本系統(tǒng)采用數(shù)碼顯示，方便直接，性價(jià)比高，功耗低。電路設(shè)計(jì)和 程序設(shè)計(jì)都較為復(fù)雜。 方案三：采用 NOKIA5110 LCD 液晶屏顯示 NOKIA5110 LCD 具有 84*48 點(diǎn)陣圖形顯示能力，可同時(shí)顯示 4行，每行 7個(gè)的12*12 漢字，或者顯示 6 行，每行 14 個(gè)的 6*8 ASCII 碼字符。 方案二：采用 LCD12864 液晶屏顯示 LCD12864 能夠顯示 4 行漢字，每行顯示 8個(gè)漢字或 16 個(gè)字符。 經(jīng)過綜合考慮，本題目采用第一套方案，選取 IO 口個(gè)數(shù)和 ROM大小適合本系統(tǒng)的 AT89S52 單片機(jī)。 方案三：使用 MPS430，凌陽 61 單片機(jī)等 16 位單片機(jī)或者 ARM系列單片機(jī)。 ATMEGA 系列是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AVR 8 位單片機(jī)中的高端產(chǎn)品，由于市場和技術(shù)原因，市場占有率挺高，采用精簡指令集系統(tǒng)。典型代表為 AT89S5AT89S52，由美國 ATMEL 公司生產(chǎn)，后授權(quán)給中國臺(tái)灣某公司生產(chǎn)和銷售。 微處理器的選擇 方案一：使用 51 單片機(jī)。采用這種控制器 +數(shù)據(jù)采集獨(dú)立式的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是很明顯的，具體表現(xiàn)為：分工明確，可以使各部分各司其責(zé)，工作效率高 ,設(shè)計(jì)方便，可移植性好。 本系統(tǒng)超聲波數(shù)據(jù)采集和控制既可分開也可 融合 到一個(gè)系統(tǒng)里面，超聲波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是采集距離信息，并根據(jù)不同的信息發(fā)出不同頻率的 聲音；控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制小車。 參考結(jié)構(gòu)二：采用整體式結(jié)構(gòu)，超聲波數(shù)據(jù)采集和控制在一起。 系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)及可行性論證 根據(jù)設(shè)計(jì) 要求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于超聲波測距的紅外遙控小車，設(shè)計(jì)框圖如下： 圖 系統(tǒng)框圖 論證 1：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理 參考結(jié)構(gòu)一：采用分離式結(jié)構(gòu)，超聲波數(shù)據(jù)采集和控制分開。 (2) 通過遙控器能夠?qū)π≤嚨那斑M(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)加以控制。當(dāng)需要測量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L時(shí) ,則 (24)變?yōu)?: 12H vt? (25) 所以 ,只要需要測量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可以得出測量的距離 H. 8 第三章 方案論證及選擇 設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測距報(bào)警系統(tǒng)，利用紅外遙控來小車的運(yùn)行狀態(tài)。如圖 所示： 7 圖 超聲波的測距原理 cosHS?? (21) arctan( )LH? ? (22) 式中 :L兩探頭之間中心距離的一半 . 又知道超聲波傳播的距離為 : 2S vt? (23) 式中 :v— 超聲波在介質(zhì)中的傳播速度 。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。換能器在電脈沖激勵(lì)下可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時(shí)，它可將聲能 (機(jī)械能 )轉(zhuǎn)換為電能。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。目前較為常 用的是壓電式超聲波發(fā)生器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。 超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心 ，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。當(dāng)所用壓電材料不變時(shí)，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可非常方便的改變其固有諧振頻率。發(fā)射超聲波時(shí)，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用