【正文】 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日 注： 任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。 13142 第 6周 止 8 將 所有設(shè)計(jì)整理結(jié)合，形成設(shè)計(jì)論文，交與指導(dǎo)老師檢查，并經(jīng)老師指點(diǎn)，做進(jìn)一步的改進(jìn)工作。并將大電路的設(shè)計(jì)方案告之老師，得到老師更好的建議。 13142 第 1周 止 5 根據(jù)所列框圖，結(jié)合自己所學(xué)知識，開始各分支電路模塊的設(shè)計(jì)。 13141 第 19周 止 4 根據(jù)方案，確定所要用的器材。 13141 第 16周 止 2 根據(jù)所定題目，全面搜集素材，列出各種設(shè)計(jì)方案，并一一比較，選擇出最好的設(shè)計(jì)方案。完成設(shè)計(jì)論文。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了基于激光測距的防撞預(yù)警系統(tǒng)，采用 TDCGP2 芯片作為激光飛行計(jì)時(shí)單元 ,給出激光發(fā)射及回波接收放大電路，基于模塊化思想設(shè)計(jì)、完成系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程；最后通過實(shí)驗(yàn)測試，系統(tǒng)要能很好測出前方車輛距離及運(yùn)行狀態(tài)，并能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，利用 Matlab 對其測試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，修正。 （ 2）提高學(xué)生對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍，對事物能潛心觀察、用于開拓、用于實(shí)踐的基本素質(zhì)； （ 3）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，結(jié)合實(shí)際獨(dú)立完成課題的工作能力。因此，利用超聲波檢測既迅速、方便、計(jì)算簡單，又 易 于 實(shí) 時(shí) 控 制 ， 在 測 量 精 度 方 面 能 達(dá) 到 工 業(yè) 實(shí) 用 的 要 求 。這些特點(diǎn)可使測量儀器不受被測介質(zhì)的影響，大大解決了傳統(tǒng)測量儀器存在的問題，比如，在粉塵多情況下對人引起的身體接觸傷害，腐蝕性質(zhì)的被測物對測量儀器腐蝕，觸電接觸不良造成的誤測等。利用超聲波檢測距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡單，精度也能達(dá)到使用要求，超聲波測距應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)自動(dòng)控制，建筑工程測量和機(jī) 器人視覺識別等方面。 十一、學(xué)院答辯委員會進(jìn)行成績總評定，填好《畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定表》 中各項(xiàng)內(nèi)容，然后把論文（印刷版和電子版（另傳））和此冊等資料裝入專用檔案袋中，教教研室后由實(shí)驗(yàn)中心統(tǒng)一保存。 九、學(xué)院答辯委員會審核學(xué)生答辯資格，確定答辯學(xué)生名單，把具有答辯資格學(xué)生的論文連同此冊交各答辯小組。指導(dǎo)老師應(yīng)認(rèn) 真按《畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師成績評審表》對學(xué)生的論文進(jìn)行評審并寫出評語，然后把論文和此冊一同交教研室。 六、中期檢查時(shí)，指導(dǎo)老師將此冊交學(xué)生填寫前期工作小結(jié)，指導(dǎo)教師對其任務(wù)完成情況進(jìn)行評價(jià)，學(xué)院中期檢查領(lǐng)導(dǎo)小組對師生中期工作進(jìn)行核查，并對未完成者提出整改意見，后將此冊交指導(dǎo)老師保存。 四、學(xué)生在指導(dǎo)老師的 指導(dǎo)下填好《畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告》各項(xiàng)內(nèi)容，由指導(dǎo)教師和教研室審核通過后，確定其開題，并將此冊交指導(dǎo)老師保存。 二、此冊于學(xué)院組織對各專業(yè)題目審查完成后，各教研室匯編選題指南，經(jīng)學(xué)生自由選題后，由實(shí)驗(yàn)中心組織發(fā)給學(xué)生。 4）本文設(shè)計(jì)時(shí)選用的加速度傳感器具有三軸方向，但只使用了其中的兩軸，因此可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)使其向三維方向發(fā)展。 2）在器件的選擇方面，本設(shè)計(jì)中采用的元件在體積方面均顯得過大，為了達(dá)到小巧方便的目的，可以選擇較小封裝的元器件。由于采用了對加速度進(jìn)行采集來判斷方向的方法，可以使得傳統(tǒng)鼠標(biāo)的操作并不僅僅依賴平面，從而鼠標(biāo)的應(yīng)用范圍得到了擴(kuò)展。因此，對其測試時(shí)可 將 MMA7060QT 模塊供電后將其向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，測量其輸出值與手冊提供值對比即可測試其工作正常。 通過改變方波的頻率可以看到光標(biāo)的速度明顯變化， 由此可知鼠標(biāo)電路模塊工作正常。 圖 51 X1， X2 控制脈沖 在本設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)編程生成要求的脈沖信號，接入鼠標(biāo)控制電路中，并將鼠標(biāo)控制電路通過 PS/2 口接入 PC 機(jī)，用以測試鼠標(biāo)電路是否有用。通過將加速度傳感器上下左右傾斜，微處理器檢測到加速度信息后，通過比較各個(gè)方向加速度值的大小 產(chǎn)生相應(yīng)方向的脈沖信號 直接控制鼠標(biāo)電路，以決定光標(biāo)相應(yīng)各個(gè)方向移動(dòng)的距離。 在離散系統(tǒng)中，設(shè) V(0),V(1), ? V(n)是在不同時(shí)刻的速度， a(0), a(1), ? a(n)為 A/D 采樣后的加速度， S(0), S(1),? S(n)為在不同時(shí)刻的距離，因此有 V(1)=V(0)+[a(0)+a(1)]*△ t/2 (45) V(2)=V(1)+[a(1)+a(2)]*△ t/2 (46) V(n)=V(n1)+[a(n1)+a(n)]*△ t/2 (47) 20 (47)式是速度計(jì)算的迭代算法 S(0)=0 S(1)= S(0)+[V(0)+V(1)]* △ t/2 (48) S(2)= S(1)+[V(1)+V(2)]* △ t/2 (49) S(n)= S(n1)+[V(n1)+V(n)]* △ t/2 = S(n1)+V(n1)+ [a(n1)+a(n)]* △ 2t /4 (410) (410)式是距離計(jì)算的迭代算法 由以上式就可以方便簡單的計(jì)算目標(biāo)的速度與運(yùn)動(dòng)距離 [5]。在本設(shè)計(jì)中采用的是梯形法進(jìn)行近似的積分。 19 加速度到位移的數(shù)字信號變換 加速度經(jīng)過兩次積分后轉(zhuǎn)換為位移量（圖 43）： 圖 43 加速度處理 根據(jù)速度和距離的計(jì)算公式： ??? t adtVV 00 (41) ????t VdtSatVV00 (42) 20 21 atVS ?? (43) 其中， V 是在 t時(shí)刻的速度 V0 是初始速度， a是加速度， S 是距離 在本系統(tǒng)中，設(shè) V0 =0。 在本研究中，加速度傳感器是 三軸輸出， 但在使用時(shí)只需用到其中的兩個(gè)， 設(shè)計(jì)中將需要處理的兩路加速度信號 ，因此需接兩路 A/D 轉(zhuǎn)換器 。軟件設(shè)計(jì)處理框圖如下（圖 42）： 圖 42 軟件處理流程框圖 鼠標(biāo)微處理器軟件設(shè)計(jì) 鼠標(biāo)微處理器軟件設(shè)計(jì)部分包括了對加速度信息的采樣和對加速度信息的處理。 因此在本設(shè)計(jì)中使用一個(gè)按鍵，系統(tǒng)上電后在按鍵按下之前，鼠標(biāo)是不工作的，按鍵按下后開始采樣。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 本文在程序設(shè)計(jì)中使用的是 Keil C51 集成開發(fā)環(huán)境， Keil C51 是美國 Keil Software公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。如需修改，可調(diào)整源程序，并重復(fù)以下過程。 ⑤利用目標(biāo) 十六進(jìn)制 符號轉(zhuǎn)換器 OHS51 將目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制（ HEX）文件，HEX文件可以寫入到 到 EEPROM 中進(jìn)行程序的固化。 ④連接和定位，讓目標(biāo)文件分配到特定的存儲位置。 ②編寫 源程序，并把它輸入到文件保存以便編譯。 一個(gè) C51 源程序編寫完后并不能直接投入到項(xiàng)目和工程中去，必須經(jīng)過編譯，鏈接生成 絕對目標(biāo)文件，然后才能固化到 EEPROM 中去或下載。本文中所有程序均采用 C 語言， 由于 C 語言是一種編譯性程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。 軟件開發(fā)環(huán)境介紹 硬件電路設(shè)計(jì)完成后， 系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)。 本文中使用的鼠標(biāo)電路的接口為 PS/2 口， PS/2 鼠標(biāo)接口為 6 針母插 ，其引腳圖如下： 圖 315 PS/2 口 PS/2 鼠標(biāo)接口 引腳定義如下： 圖 316 PS/2 引腳定義 整個(gè)硬件部分的設(shè)計(jì)電路圖見附錄 1。 該電路中使用鼠標(biāo) 電路 控制芯片 HT6523。 程序下載接口如下（圖 311） 所示： 圖 311 程序下載接口 STC89C51RC 單片機(jī)程序下載 時(shí)可通過 STC 提供的下載軟件 下載程序。 5）支持 ISP 功能。 3）工作頻率范圍： 040MHz。 2）工作電壓。 單片機(jī) STC89C51 的選擇 本文采用的是宏晶科技 推出的 STC89C51RC/RD+系列單片機(jī) ，該系列單品機(jī)具有超強(qiáng)的抗干擾 /高速 /低功耗的優(yōu)點(diǎn)，指令完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機(jī)。 加速度信號處理 MMA7260QT 測得的加速度信息為模擬量，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后方可為微處理器識別，其處理流程如下所示（圖 39）： 13 圖 39 處理流程框圖 微處理器模塊 模擬加速度值的采集和鼠標(biāo)電路模塊的控制都是由微處理器完成的。 TLC549 與單片機(jī) 89C51 的典型的接口電路如下（圖 37） ： 12 圖 37 典型接口電路 TLC549 的工作時(shí)序圖如下（圖 38）： 圖 38 TLC549 時(shí)序圖 在 I/O CLOLK 的第 4 個(gè)下降沿開始系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行采樣，在 I/O CLOLK 的第 8 個(gè)下降沿后進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 該端口為三態(tài)輸出端口。 I/O CLOLK 接受串行時(shí)鐘并實(shí)現(xiàn)下列兩個(gè)功能： ①在 I/O CLOLK 的第 4 個(gè)下降沿，模擬輸入電壓開始對電容陣列充電直到 I/O CLOLK 的 第 8 個(gè)下降沿，以便在片內(nèi)形成模擬轉(zhuǎn)換電壓。 最大輸入電壓的范圍由 REF+和 REF之間的電壓差值決定。 CS 芯片使能端。 5） 提供 8 腳 DIP， 20 腳 FK 封裝。 3） 片內(nèi)有系統(tǒng)時(shí)鐘。 TLC549 的特性如下 [3]： 1） 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器，串行輸出 。 本文采用 Texas Instruments 公司的 CMOS 工藝 8 位 串行逐次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器TLC549。取 R=1KΩ， C= F，則可以計(jì)算出截至頻率為 f=1/2π RC=,由于加速度芯片的工作頻率遠(yuǎn)小于此，所以可以達(dá)到濾除高頻噪聲的目的。 為抑制噪聲對輸出的影響， MMA7260QT 通常需外接濾波電路。產(chǎn)品還提供休眠模式，因而是電池充電的手持設(shè)備產(chǎn)品的理想之選 。 MMA7260QT 低成本微型電容式加速計(jì)采用了信號調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，并且提供重力加速度選擇功能，從而實(shí)現(xiàn)了在 4 個(gè)靈敏度中的選擇。 信號采集模塊 該模塊通過加速度傳感器檢測加速度信息并以模擬量輸出，通過 A/D 轉(zhuǎn)換，讀入到 9 單片機(jī)中，經(jīng)處理 后即可送入鼠標(biāo)模塊控制光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。如圖 31 所示 圖 31 鼠標(biāo)硬件系統(tǒng)模塊 其中加速度采集模塊包括加速度傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換芯片兩部分，加速度處理模塊為微處理器部分，通過加速度信號采集模塊采集到加速度信號后送入加速度處理模塊 ，經(jīng)微處理器處理后產(chǎn)生相應(yīng)的方波脈沖以控制鼠標(biāo)電路。由于不需要滾輪，所以該鼠標(biāo)可實(shí)現(xiàn)空中操作。 [11] 圖 21 譯碼論和光敏傳感器工作原理 本文設(shè)計(jì)的為一個(gè)基于加速度傳感器的空間鼠標(biāo)，是在傳統(tǒng)的機(jī)械鼠標(biāo)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改造成的。 從而產(chǎn)生的脈沖 A 和脈沖 B 有一定的 8 相位差 。 故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時(shí)而照在光敏傳感器上 ， 時(shí)而被阻斷 ， 從而使光敏傳感器輸出脈沖信號 。 光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有 2 個(gè)光敏晶體管 A 和 B。 拖動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí) ， 由于小球帶動(dòng) 3 個(gè)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng) ， X 軸方向和 Y 軸方向滾軸又各帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)軸 (稱為譯碼輪 ) 轉(zhuǎn)動(dòng) 。為了實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能，需選擇一個(gè)靈敏度較高的加速度傳感器。靈敏度是微加速度計(jì)最重要的性能系數(shù)之一，其定義為每單位加速度變化的大小。 第二章 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)要求與條件 該系統(tǒng) 需要考慮兩個(gè) 重要 的因素：精確性 和靈敏度 。 第六章，結(jié)論。 第五章，鼠標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試。 第四章，鼠標(biāo)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 第三章，鼠標(biāo)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 第二章，系統(tǒng)概述。 本文的內(nèi)容安排如下： 第一章，緒論。 本文的主要工作為：通過對加速度傳感器特性的研究，設(shè)計(jì)出合理的硬件電路 ， 采集人手移動(dòng)的加速度信息，以控制光標(biāo)的移動(dòng)。在臺灣地區(qū)，臺灣的 Alpha Plus 半導(dǎo)體公司在2021 年成功開發(fā)了具有 3 軸加速度傳感器和無線功能的鼠標(biāo)。 國內(nèi)研究概況 在國內(nèi)， 2021 年，東南大學(xué)的李宏升申請了名為“移動(dòng)式全電子慣性鼠標(biāo)”的實(shí)用新型專利 ，專利號為 ，它利用加速度信號積分后并進(jìn)行分頻產(chǎn)生速度脈沖，再配合專用的鼠標(biāo) IC 芯片實(shí)現(xiàn)。英國伯明翰大學(xué) Humphrey