【正文】 這 62 倍左右，所以選擇只三極管，達到了放大倍數(shù)。 方案二 :由施密特振蕩 器和數(shù)字功放電路組成，由 口發(fā)出的同步脈沖信號如圖12。 接收電路主要由回波放大接收及比較控制電路組成，如圖 12 所示。因此 A1 應輸出高電平，但由于 D1 相位作用， A1 輸出低電平，即 RS 觸發(fā)器的 S =0， Q=1， R =1， 0INT = 0。脈沖過后， S = 1， R =1， Q=0， 0INT = 1。它的前沿使 A1 輸出低電平。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 5 頁 共 44 頁 由于發(fā)射探頭和接收探頭都是平行放置且距離較近，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波時，接收探頭會引起強烈的感應信號，因此必須將其隱去。這段時間稱為盲區(qū)，約 2ms。發(fā)射電路由 555 多諧振蕩器和數(shù)字功率放大器組成。如 圖 13所示，由單片機 口發(fā)出同步脈沖信號，該同步脈沖啟動多諧振蕩器，使其輸出 20kHz的高頻電壓信號，經(jīng)過整形及功放電路加至超聲波換能器探頭，根據(jù)逆壓電效應，產(chǎn)生振動頻率為 20kHz 的超聲波。接受電路主要由回波放大接收電路及比較電路組成。由于 D1 輸出低電平， 而反相器 N 輸出高電平，所以有 RS 觸發(fā)器的 S =0， R =1， Q=1， 0INT =0 當 發(fā)出啟動信號（如圖 13 中（ 1）所示）經(jīng)過微分電路形成的同步脈沖信號通過反相器 N 的反相功能， R =0， D1 箝位釋放 S =1， Q=0， 0INT =1（正跳變）， T0 計數(shù)器開始記數(shù)，脈沖經(jīng)過之后 S =R =1， Q=0， 0INT =1。如圖 13 中的（ 3）所示，其前上升沿使 A1 輸出低電平， S =0， R =1， Q=1， 0INT =0（負跳變）；即 0INT 獲得負跳沿信號， CPU 響應中斷請求，使 T0 計數(shù)器停止計數(shù)，記數(shù) 值 N 送存 RAM。通常發(fā)射換能器和接收換能器都是平行放置且距離較近。因此，通常接收探頭會引起強烈的感應信號。它 的寬度和幅度都大于發(fā)射串擾信號， A1 輸出端即 RS 觸發(fā)器 S 端仍為高電平，這樣串擾信號將被隱去，這段時間稱為盲區(qū)，約 2 毫秒。發(fā)射電路由脈沖產(chǎn)生電路和發(fā)射電路組成。它由與非門和電阻電容構(gòu)成振蕩電路，由單片機 口控制其是否工作。其中，脈沖變壓器對脈沖電壓變換值的大小直接影響測距范圍，應盡量提供脈沖變壓器副邊電壓幅 值。接收電路的主要任務(wù)是檢測回波，并向單片機發(fā)出中斷以停止計時。接收部分電路由檢波電路、濾波放大電路和整形電路組成。接收電路的主體是濾波放大電路。濾波放大電路采用二階帶通濾波放大器，一級和二級濾波放大電路采用相同的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)。圖江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 7 頁 共 44 頁 16中， R1 R1 C1 C1 R15 和運算放大器 Amp1A 組成了一級濾波放大電路；R2 R2 C2 C2 R25 和運算放大器 Amp1B 組成了二級濾波放大電路。發(fā)射波形如圖 17，傳感器的振蕩波形要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)定狀態(tài)，理論上信號的幅度時指數(shù)上升的， Q 各周期后達到滿幅度的 95%， 個周期后達到 99%?？紤]到測量 “盲區(qū) ”影響，這里選擇脈寬為 120μs，包含 5 個調(diào)制的 44kHz 的方波信號。 傳感器發(fā)射電壓大小主要取決于發(fā)射信號損失及接收機的靈敏度，綜合各種損耗的因素，包括往返傳播損失，聲波傳輸損失，聲波反射損失，環(huán)境噪聲損失，接收預放大單元的作 用是對有用的信號進行放大，并抑制其它的噪聲和干擾，從而達到最大信噪比，以利檢測單元的正確檢測。在傳感器接收到的信號中，除了障礙物反射的回波外，總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲。我們可以近似的將其作為白噪聲處理，根據(jù)已有知識，輸入為已知信號加白噪聲的條件下，匹配濾波器的輸出信噪比最大。 實際上很難得到精確的匹配濾波器，由于單個射頻脈沖的頻譜是連續(xù)的，用普通的窄帶濾波器就能把其主峰部分 (w 附近 )濾波出來，適當?shù)倪x擇濾波器的通帶寬度就能取得與匹配濾波器相差不多的效果。放大器組成框圖如圖 18，采用三級放大電路。帶通放大器選擇最佳時間帶寬積，以達到匹配濾波的效果。在測量近距離時，模擬開關(guān)閉合，發(fā)射信號可以進入接收通道；測量遠距離時，模擬開關(guān)斷開，發(fā)射信號不可以進入接收通道。 方案的確定 綜合以上四種方案比較，最后確定直接采用超聲波測 距模塊。比較適合本設(shè)計需要。將超聲波調(diào)制脈沖變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?，送?MAX232接收器中進行處理 。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部的定時器 T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 共 44 頁 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路主要包括六個部分：單片機外圍電路、超聲波發(fā)射和接收電路、顯示電路、報警電路、 L298N 驅(qū)動電路組成。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)通常作為系統(tǒng)的最前端，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。 AT89C52 芯片 AT89C52 是 一個低電壓，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 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)，兼容標準 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， AT89C52 單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。 AT89C52 的內(nèi)部 RAM 擴展為 256 字節(jié)，其中高 128字節(jié)，位于從 80H 開始的地址空間中，稱為 IDATA 存儲區(qū)，但 IDATA 區(qū)的訪問只能是間接尋址方式。 第三是中斷源增加：在 AT89C52申 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和（ ），也就是說， 同時可作為定時器針數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入和輸出占空比 50%的時鐘脈沖端口， 同時可作為定時器 /計數(shù)器 T2 捕獲厘新裝載觸發(fā)和方向 控制 端口。而定時器 /計數(shù)器 T2 的控制和狀態(tài)位單獨位于， I2CON、 T2MOD，江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 44 頁 定時器 /計數(shù)器 12 在 16 位捕獲方式或自動重新裝載方式下的捕獲 /重載寄存器組是（ TCA02H、 RCAP2L）。 RST/Vpd（ 9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板 CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能 。 圖 21 AT89C52單片機芯片 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，各接 口功能 [911]如下： : 產(chǎn)生輸出一個脈沖信號。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 44 頁 INT1: 產(chǎn)生中斷請求，接前方測距電路。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于顯示輸出，接顯示器。 : 用于連接 IN2。 : 用于連接 IN3。 : 用于連接 ENB。在單片機內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：接外部晶振的一個引腳。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。 復位電路 （ 1）單片機 AT89C52 作為主控芯片，控制整個電路的運行。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位。復位電路如圖 22 所示。 AT89C52的 RST 引 腳為復位引腳，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，即可實現(xiàn)復位。本設(shè)計采用的是上電復位，開機時電容器是空的，上電后就對電容充電，充電電流，在電阻上形成正電壓， RST 引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的。這特別適合于應用現(xiàn)場干擾大、電壓波動大的工作環(huán)境，并且，當系統(tǒng)有多個復位端時，能保證可靠地同步復位。該時鐘電路由兩個電容和一個晶體振蕩器組成。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。晶振電路如圖 23 所示。 超聲波發(fā)射電路和接受電路 本 設(shè)計采用的是 HCSRO4 超聲波測距模塊 [12]，它有發(fā)生電路和接受電路構(gòu)成。能和國外的 SRF0 SRF02 等超聲波測距模塊相媲美。本模塊可提供全套測距程序： C51，PIC18F877，超聲波 LCD1602 顯示，超聲波 LCD12864 顯示，數(shù)碼管顯示，串口顯示等，測距參考程序。 顯示電路 顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。綜合課題的實際要求以及考慮單片機的接口資源，采用 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符 。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖。 報警電路 報警電路的作用是當小車與障礙物之間的距離達到初始設(shè)置距離的時候， 蜂鳴器發(fā)出警報。當單片機 端口為低電平時，報警。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 44 頁 圖 24顯示電路 圖 25 系統(tǒng)報警電路 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 44 頁 L298N 驅(qū)動電路 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動 2 個二相或 1 個四相步進電機，內(nèi)含二個 HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標 TTL 邏輯準位信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的 IO 端口來提供模擬時序信號。 L298N 管腳圖如圖 26 所示。 1腳和 15 腳發(fā)射極分別引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 5 腳， 7 腳， 10 腳和 12 腳接輸入控制電平。驅(qū)動電路圖如圖 27 所示。 工作原理： 由單片機 AT89C52 編程產(chǎn)生方波信號，經(jīng)過 口連接到超聲波模塊發(fā)送超聲，再經(jīng)過放大電路，驅(qū)動超聲波 發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，發(fā)射出的超聲波經(jīng)障礙物反射回來，經(jīng)過 口由超聲波接收頭接收信號。單片機利用聲波傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離，并由單片機控制顯示模塊，顯示出具體的距離。根據(jù)第二章所述系統(tǒng)硬件設(shè)計和所完成的功能 。在系統(tǒng)硬件中，已經(jīng)完 成了發(fā)射電路、接收電路、檢測電路、顯示電路、門限檢測的設(shè)計。 （ 2）數(shù)據(jù)存儲。 （ 3） 信號處理。在這個部分中，信號處理包括計數(shù)值與距離值換算，二進制與十進制轉(zhuǎn)換。經(jīng)軟件處理得到的距離送顯示輸出，用 1602 液晶表示。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的等待。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)程序幾個主要部分。主程序流程圖如 圖31 所示。 （ 1）脈沖的產(chǎn)生與超聲波發(fā)射。這由單片機執(zhí)行下面程序來產(chǎn)生。 //超聲波發(fā)送 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 21 頁 共 44 頁 前方測距電路的輸入端接單片機 端口，單片機執(zhí)行上面的程序后，在 端口輸出一個脈沖信號，經(jīng)過三極管 T 放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)出脈沖超聲波，且持續(xù)發(fā)射。超聲波的接收是由外部中斷口 INT0 是否有中斷脈沖產(chǎn)生來判斷的。選定的是 INT0 口，工作方式為脈沖方式。 //超聲波發(fā)送 sbit csbint=P1^1。 前方測距電路的 輸出端接單片機 INT0 端口，中斷優(yōu)先級最高。 //顯示前方障礙物距離 write_(0x80+0x40)。為了得到發(fā)射信號與接收回波間的時間差，要讀出 T0 計數(shù)器的計數(shù)值，然后存儲在 RAM 中，而且每次發(fā)射周期的開始，需要對計數(shù)器清零，以備后續(xù)處理。 T0 中讀取出來的時間差數(shù)據(jù)并不能作為距離值直接顯示輸出， 因為時間差值與實際的距離值之間轉(zhuǎn)換公式為 TVS ??? （ 32） 其中， V 為聲音在常溫下的傳播速度， T 為發(fā)射信號到接收之間經(jīng)歷的時間 [ 1315]。部分源程序，顯示流程圖和報警流程圖如圖 32 和 33 所示。 江蘇技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 22 頁 共 44 頁 外 部 中 斷 入 口讀 取 T0時 間 值關(guān) 閉 外 部 中 斷開 啟