【正文】 接收的時間。 圖 2－ 1 測距原理 方案選擇 本方案選擇 STC89C52 單片機來控制整個電路，測得的距離顯示在四位數(shù)碼 管上，并根據(jù)所設置的報警距離開始報警。接收電路由 CX20xx6A 芯片和接收探頭構成。本設計將發(fā)射探頭和接收探頭分離，這樣可以避免信號發(fā)生混疊干擾，從而使的測量數(shù)據(jù)更加的精確。 圖 22 系統(tǒng)框圖 結合實際需求，在網(wǎng)上查找了相關的資料，決定選用 HCSR04 超聲波集成模塊。有利于準確的測量。 由于超聲波的發(fā)射探頭和接收探頭是放在同一水平直線上的，而且超聲波信號在傳播的過程中會發(fā)生衰減，所以兩個探頭不能距離太遠。超聲波的接收 超聲波的發(fā)射 數(shù)碼管顯示 蜂鳴器報警 單片機 控制器 4 第 3 章 整體硬件電路設計 單片機系統(tǒng)電路 本次設計采用了高速、功耗低的 STC89C52 單片機。 圖 31 STC89C52 引腳圖 復位電路 在單片機規(guī)格書中，有這樣一段描述：如果當 RST 端口持續(xù)兩個周期以上的高電平，系統(tǒng)就會復位。隨著從 C3 電容的充電， RST 電位開始下降， 5 并形成一個正向的脈沖，只要脈沖寬度足夠就可以實現(xiàn)復位。本次用的系統(tǒng)電壓為 5V,所以 REST 上超過 就可以看成高電平，并且高電平的時間超過2us，單片機就可以復位。 設 Reset pin 電壓為 ??tUR ，那么： ? ? ? ?tUVtU CCCR ?? 所以， ? ? RCtR tU ?? ?5 ， 當 ?? VtUR ? 的時， RCt ? 。所以用 R=10KΩ、 C=10μ F符合要求。在兩個引腳之間接入一個 12M 的晶振，兩個 22PF 的電容和晶振并聯(lián)后接地。蜂鳴器由三極管驅動。單片機 P36 端口和電阻 R15 連接，當單片機 P36 口 發(fā)送一個低電平到報警電路時， NPN 型三極管開始驅動蜂鳴器進行報警，報警電路如圖 34。電路圖 35如下： 圖 35 按鍵電路 按鍵電路的功能是：當按下 k1 鍵位時，指示燈亮起，開始設置報警距離。 限流電阻 R14 的計算： 7 R＝（ U2－ U1）／ I (35) 式中 U2 為提供的 5V 電壓， U1和 I 分別為發(fā)光二極管兩端的電壓、電流。所以 R14=（ 52） /=150Ω。單片機發(fā)出的 40 kHz 的脈沖不能直接由發(fā)射電路發(fā)出，要經(jīng)過足夠倍數(shù)的放大后，才能由發(fā)射探頭發(fā)出。超聲波發(fā)射電路如圖 36所示 。 Vcc 為整個電路提供電源 。 超聲波接收電路 由于超聲波在傳播的過程中是有衰減的，所以在中長距離的測量中，反射回來的信號被衰減了，所以有必要進行信號的放大，放大的倍數(shù)還比較大。芯片CX20xx6A 電路構成了主要的接收電路，比較完信號后會產(chǎn)生一個低電平發(fā)送到單片機進行中斷，中斷以后，開始進行數(shù)據(jù)的處理。 8 圖 37 接收電路 超聲波模塊 HRSR04 超聲波模塊包含了接收探頭、發(fā)射探頭、 74LS04 芯片放大電路和 CX20xx6A芯片電路。 圖 38 超聲波集成模塊 HRSR04 有四個連接口，分別為 VCC、 GND、 TRIG、 ECHO 四個接口。 顯示電路 本次設計的顯示電路由四位七段數(shù)碼管、三極管和三個電阻組成。 圖 39 顯示電路 LED 是發(fā)光二極管的簡稱，八只發(fā)光二極管構成了數(shù)碼管，國際上記作： a、 b、 c、d、 e、 f、 g、 dp。 數(shù)碼管要能夠正常的顯示就必須要有驅動電路來驅動，本次設計采用了動態(tài)的方式。 電源電路 電路由一個 5V 電源、一個發(fā)光二極管和限流電阻組成。 圖 310 電源電路 關于發(fā)光二極管限流電阻 R2 的計算： 能加到發(fā)光二極管兩邊的電壓為 5V，使用時要串聯(lián)一個限流電阻用以保護發(fā)光二極管。 10 發(fā)光二極管根據(jù)用途不同，顏色也不同。 發(fā)光二極管的電流大概為 20mA，本次設計采用的是紅色發(fā)光二極管。所以 R2=（ 52） /=150Ω。 11 第 4 章 軟件部分 本次設計采用的思想是分塊進行設計及編寫程序代碼。主程序包括初始化單片機 STC89C5超聲波的發(fā)出和接收、距離的計算、按鍵電路的設置、距離的顯示和蜂鳴器的報警等。同時通過端口 發(fā)送一個低電平來啟動超聲波的發(fā)射電路，并且開啟定時器 T0 開始計時。與此同時，調用聲音處理程序進行蜂鳴器的報警。根據(jù)以上描述主程序的流程圖如圖 41 所示。根據(jù)前面的分析，當接收電路接收到回波信號以后，同樣會產(chǎn)生一個低電平送至單片機的 。讀取時間值，并給接收回波的標志位清零。 開始 系統(tǒng)初始化 超聲波模塊復位 發(fā)射超聲波并啟動 T0開中斷 接收到回波的同時中斷停止 計算測量距離 顯示距離同時蜂鳴器報警 報警 延時 13 圖 42 中斷處理程序流程圖 在中斷處理程序中，對于距離的計算是比較關鍵的。 距離的計算及顯示電路的設計 根據(jù)公式 S=17 N/1000= N(cm)，可以看出來求出距離的關鍵是 N 值，也就是定時器 T0 計數(shù)的次數(shù)。 本次設計采用的掃描方式為簡單實用的動態(tài)掃描，用四位共陽極的連接方式連 接數(shù)碼計時停止 指定的報警聲開啟 中斷 關閉 返回 距離計算處理 顯示距離并根據(jù)距離判斷是否報警 Y N 14 管顯示距離。 報警電路的設計 主程序根據(jù)計算公式算出與被測物體的距離，通過數(shù)碼管顯示，并且調用報警子程序控制蜂鳴器進行報警。按鍵電路程序流程如圖 43 所示。硬件的連接及焊接如下：單片機的 P2 口（ P20～ P27）對應焊接到數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、g、 dp，進行段動態(tài)掃描。 P30 和 P31 分別接到超聲波模塊的 Echo、 Trig 端口。 測量到一本書的距離，實際距離為 38cm，測得距離為 37cm，誤差的范圍在 1cm～ 2cm，比較穩(wěn)定，實際測距情況如圖 51 所示。實際距離為 95cm,測得的距離為 94cm,蜂鳴器開始報警，如圖 52 所示。被測物體橫截面太小，超聲波信 號不能被完全的反射回來。表面不平滑的物體容易使信號散射開來，接收探頭接收到的信號變弱。在設計的這段時間里，從剛開始思考到課題的完成，每一步都在努力的做到最好。 根據(jù) 任務書的要求與實際結合，本次設計以單片機 STC89C52 為主，采用 HRSR04超聲波集成模塊對超聲波的發(fā)射和接收，利用四位數(shù)碼管和和蜂鳴器進行顯示和報警。做出來的實物基本滿足任務要求，但在調試過程中發(fā)現(xiàn)了一下幾個問題： 環(huán)境的溫度對距離的測量有影響，當我在陽光下和在陰涼處對同一距離測出來的數(shù)值不一樣。 被測物體表面的材質不同也影響距離的測定，幾次結果表明：表面粗 糙的物體比表面光滑的物體引起的誤差更大 。 通過上網(wǎng)了解，影響誤差的還有可能是余波信號的影響。這種余波的印象對測距的影響還是挺大的。 18 致謝 本次畢業(yè)設計論文在 郭振慧 老師的耐心指導下，總算完成老師的治學敬業(yè)態(tài)度讓我很感動，很感謝老師的辛苦付出，讓我的大學四年畫上了一個完美的句號。 同時還要感謝教過我指導我的所有老師，你們在我大學的四年里扮演了重要的角色。謝謝你們的建議與忠告，讓我對即將踏入的社會有了自信和目標。 19