具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)的超聲波測(cè)距測(cè)速儀

1、具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)的超聲波測(cè)距測(cè)速儀（C題）摘 要：本文研究?jī)?nèi)容為實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)的測(cè)距測(cè)速儀，利用超聲波進(jìn)行距離測(cè)量,測(cè)量精度在厘米級(jí)別,適用于近距離測(cè)距。本系統(tǒng)以STC12C5A60S為微處理芯片，其產(chǎn)生40kHz頻率，再利用超聲波換能器TCT40-16T產(chǎn)生超聲波信號(hào)并發(fā)射出去，由TCT40-16R接收超聲波信號(hào)，并利用超聲波專用芯片CX20106A檢波、處理超聲波信號(hào)，最后發(fā)送給微處理器。微處理器通過(guò)計(jì)算得到與障礙物的距離，并通過(guò)所得距離計(jì)算出物體的移動(dòng)速度。微處理器通過(guò)串口控制JQ6500語(yǔ)音模塊。當(dāng)微處理器計(jì)算得到障礙物的距離和物體移動(dòng)速度時(shí)，微處理器發(fā)送指定的命令，驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊播放保存

2、在FLASH中的語(yǔ)音,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)。關(guān)鍵詞:STC12C5A60S2;JQ6500;超聲波。推薦精選1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)命題要求，設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)的超聲波測(cè)距測(cè)速儀。A. 具有超聲波測(cè)距功能，測(cè)量距離0.2m3.0m，測(cè)距精度±1cm；B. 自動(dòng)語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)測(cè)量距離數(shù)值；實(shí)時(shí)播報(bào)時(shí)間間隔t10s；實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)清晰明亮、無(wú)明顯失真，在1米距離處人耳能準(zhǔn)確分辨。C. 實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的距離和速度，并且顯示內(nèi)容要與語(yǔ)音播報(bào)內(nèi)容同步。1.2 總體設(shè)計(jì)方案具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)的超聲波測(cè)距測(cè)速儀由6部分組成：超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD16

3、02顯示模塊、JQ6500語(yǔ)音播報(bào)模塊、按鍵模塊組成。圖1-1 超聲波測(cè)距測(cè)速儀組成圖1.3 聲波測(cè)速測(cè)距原理1.3.1聲波測(cè)距原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時(shí)。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為V，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間T，發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S,如圖1-2所示。推薦精選 圖1-2 聲波測(cè)距示意圖兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過(guò)的距離用L表示，可得： S=Lcosa （公式1-1） S=Larctan(MS) （公式1-2）在整個(gè)傳播過(guò)程中，超聲波所走過(guò)的距離為： 2L=V

4、T （公式1-3）由公式（公式1-1）、（公式1-2）、（公式1-3）可得： S=0.5VTcosarctanMS （公式1-4）當(dāng)被測(cè)距離S遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于M時(shí)，上式變?yōu)椋?S=0.5VT （公式1-5）因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)測(cè)距精度為厘米級(jí)別，對(duì)誤差要求不是很高，所以將聲速取值為在20的時(shí)的傳播速度，即V=344米/秒。1.3.2聲波測(cè)速原理超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)。如圖1-4所示，其中S為測(cè)得物體與障礙物的距離，V0為車的速度，t0為超聲波發(fā)射器發(fā)出一次超聲波的間隔。圖1-3 聲波測(cè)速示意圖可得物體的速度V0:推薦精選 S-nt0V=V0t0 （公式1

5、-6） V0=S-nt0Vt0 （公式1-7）2 硬件設(shè)計(jì)2.1 電源穩(wěn)壓電路LM2940是常用的三端穩(wěn)壓器，能提供DC5.0V的輸出電壓，內(nèi)含過(guò)流和過(guò)載保護(hù)電路。穩(wěn)壓電路的供電是由5節(jié)南孚電池組成，方便攜帶和使用。在LM7805的輸入端并聯(lián)了兩個(gè)電容，一個(gè)是電解電容，一個(gè)是普通的電容，電解電容起到防止電流過(guò)大而燒壞芯片，而普通電容起到濾波作用。在輸出端與地端接了一個(gè)LED和一個(gè)電阻，這樣可以顯示LM7805是否正常工作。圖2-1 穩(wěn)壓電路圖2.2 超聲波發(fā)射與接收電路超聲波發(fā)射模塊是由超聲波發(fā)射探頭組成的，單片機(jī)的TXT端口直接發(fā)送40kHz的信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)壓電晶片使超聲波換能器產(chǎn)生超聲波，

6、如圖2-2所示。推薦精選圖2-2 超聲波發(fā)射電路圖超聲波接收電路由超聲波接收探頭和超聲波接收處理芯片組成。在接收電路中，使用超聲波接收處理芯片CX20106A，由它處理40kHz的超聲波信號(hào)。且這塊芯片具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此增強(qiáng)了測(cè)量的精確度，增加一個(gè)電源指示燈，用來(lái)判斷該模塊是否接通。如圖2-4所示。圖2-3 超聲波接收點(diǎn)路示意圖2.3 顯示電路推薦精選圖2-4 1602顯示圖其目的是用來(lái)顯示所測(cè)得的距離和速度。其中LCD1602的DB0DB7與微處理器P0口相連接，EN、RW、RS分別接P2.3P2.5端口，用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。電位器R12用來(lái)調(diào)節(jié)液晶對(duì)比度，使LCD1602顯示屏幕更加清晰

7、明亮。微處理器將超聲波接收器接收的信號(hào)進(jìn)行處理，來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD1602顯示當(dāng)前距離S和速度V。2.4 聲波測(cè)速測(cè)距語(yǔ)音播報(bào)電路圖2-5 語(yǔ)音播報(bào)電路圖語(yǔ)音模塊由電源指示燈、語(yǔ)音芯片、電容3部分組成。在電源處并聯(lián)3個(gè)220F的電解電容作用是用來(lái)儲(chǔ)能放電，驅(qū)動(dòng)喇叭正常工作。JQ6500是一個(gè)提供串口的MP3芯片，微處理器通過(guò)串口控制來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)。推薦精選3 軟件模塊3.1 系統(tǒng)程序的結(jié)構(gòu)A. 測(cè)距測(cè)速模塊，分為超聲波發(fā)射控制程序、接收處理程序等；B. 基于LCD顯示模塊，分為初始化程序、寫(xiě)入命令、讀取子程序等；C. 語(yǔ)音播報(bào)模塊，分為初始化程序、按鍵控制、發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)、語(yǔ)音播報(bào)等；D. 主程序分為

8、系統(tǒng)初始化以及各個(gè)子程序的調(diào)節(jié)管理等部分。如圖3-1所描述各個(gè)模塊的關(guān)系：圖3-1 系統(tǒng)軟件框圖3.2 主程序設(shè)計(jì)推薦精選圖3-2 主程序框圖3.3 LCD顯示模塊圖3-3 LCD顯示程序框圖3.4 語(yǔ)音播報(bào)模塊推薦精選圖3-4 語(yǔ)音播報(bào)模塊程序框圖4 系統(tǒng)調(diào)試4.1測(cè)量距離測(cè)試測(cè)試方法：固定超聲波發(fā)射和接收器，通過(guò)移動(dòng)擋板來(lái)改變測(cè)量的距離。每改變一次擋板的位置，播報(bào)一次，并用直尺測(cè)量實(shí)際距離。測(cè)試結(jié)果如表1所列。表1 距離測(cè)試表次數(shù)/n距離/m實(shí)際距離播報(bào)距離顯示距離10.210.210.2120.500.490.4931.131.141.1441.751.751.7551.992.002.0062.682.672.67測(cè)試結(jié)果分析：顯示內(nèi)容與語(yǔ)音播