【正文】 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，先輸出位選信號，選中第一個數(shù)碼管，輸出 1 的段碼，延時一段時間后選中第二個數(shù)碼管，輸出 2 的段碼。在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交替。整個系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)可以分為主程序、中斷服務(wù)程序等幾個主要部分。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) 信號處理 RAM 中存儲的計數(shù)值并不能作為距離值直接顯示輸出，因為計數(shù)值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為： S=*V*T＝ *V*(Tr*N)其中， T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間， Tr 為方波信號作為計數(shù)脈沖時計數(shù)器的時間分辨率， N 為計數(shù)器的值。在系統(tǒng)軟件中，要完成增益控制信號、門控信號、發(fā)射脈沖信號、峰值采集信號、遠近控制信號的時序及輸出。 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)軟件所實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。 當(dāng) 1838V 接收到遙控信號時 ， 產(chǎn)生中斷，處理遙控數(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 電機驅(qū)動電路 紅外遙控接收模塊 遙控接收使用紅外接收模塊 1838，該接收模塊是一個三端元件，具有功耗低、抗干擾能力強、輸入靈敏度高的特點。 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 H 橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地 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。報警部分的連線，如圖 所示 1KR7LS3SpeakerQ69013VCCP31蜂鳴器 圖 超聲波測距報警模塊電路 小車驅(qū)動模塊 為提高系統(tǒng)效率、降低功耗，功放驅(qū)動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)計中采用動態(tài)掃描四個三極管作為位選的驅(qū)動開關(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 ； (2) 模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； (3) 有信號返回，通過 IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間 。能和國外的 SRF05,SRF02 等超聲波測距模塊相媲美。 RST： AT89S52 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片復(fù)位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間， AT89S52 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項工作，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)部時鐘發(fā)生器輸 入端。它采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。 圖 AT89S52 單片機芯片 XTAL1：接外部晶振的一個引腳。具體步驟如下： (1) 根據(jù)實際電路的要求，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 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲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 動 狀態(tài) 主 控 器超 聲 波 數(shù) 據(jù)采 集 模 塊紅 外 遙 控 模塊報 警 系 統(tǒng) 模塊超 聲 波 數(shù) 據(jù)顯 示 模 塊L 2 9 8 N 電 機 驅(qū)動 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)計經(jīng)過第三章的論證，選用了 ATMEl 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機， AT89S52是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8kB 的 可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(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 存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的 AT89S52 提供了高性價比的解決方案。 綜合考慮：本系統(tǒng)采用采用 9012 電視機遙控器，方便簡單，而且市場上較多，價格便宜。 方案三：采用目前最為流行軟包 9012 電視機遙控器 這種電視機遙控器，組成簡單，應(yīng)用方便，在主電路中用一個接收頭，接受信號 。 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)計一個遙控器，電路設(shè)計較為復(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、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設(shè)備、空凋機以及玩具等其 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,通過單片機輸出邏輯電平就可以控制小車電機的運動狀態(tài)。 方案二：采用集成電路 L298NH 橋電路。 每個電機都采用有四個三極管組成的 H 橋電路，三極管價格低廉，電路原理易懂。位選采用三極管電流驅(qū)動和開關(guān)的選擇。 10 綜合考慮：本系統(tǒng)采用數(shù)碼顯示，方便直接，性價比高，功耗低。電路設(shè)計和 程序設(shè)計都較為復(fù)雜。 方案三：采用 NOKIA5110 LCD 液晶屏顯示 NOKIA5110 LCD 具有 84*48 點陣圖形顯示能力，可同時顯示 4行，每行 7個的12*12 漢字，或者顯示 6 行，每行 14 個的 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個漢字或 16 個字符。 經(jīng)過綜合考慮，本題目采用第一套方案，選取 IO 口個數(shù)和 ROM 大小適合本系統(tǒng)的 AT89S52 單片機。 方案三：使用 MPS430，凌陽 61 單片機等 16 位單片機或者 ARM 系列單片機。 ATMEGA 系列是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AVR 8 位單片機中的高端產(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。采用這種控制器 +數(shù)據(jù)采集獨立式的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是很明顯的，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)計及可行性論證 根據(jù)設(shè)計 要求，本文設(shè)計了一個基于超聲波測距的紅外遙控小車，設(shè)計框圖如下： 圖 系統(tǒng)框圖 論證 1：本系統(tǒng)的設(shè)計是否合理 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、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等運動狀態(tài)加以控制。當(dāng)需要測量的距離 H 遠遠大于 L時 ,則 (24)變?yōu)?: 12H vt? (25) 所以 ,只要需要測量出超聲波傳播的時間 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)計的任務(wù)要求 設(shè)計一個超聲波測距報警系統(tǒng)，利用紅外遙控來小車的運行狀態(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間，即可求得距離。在使用時，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認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)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。換能器在電脈沖激勵下可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，向外發(fā)送超聲波；反之，當(dāng)換能器處在接收狀態(tài)時，它可將聲能 (機械能 )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。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，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時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，它有兩個壓電晶片和一個共振板。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、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(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，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，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械波作用 ，這將會使其產(chǎn)生機械變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻