單片機(jī)課程設(shè)計(jì)_智能超聲波測(cè)距小車設(shè)計(jì)

1、 單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題 ： 智能超聲波測(cè)距小車設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：成績(jī): 簽名： 年 月 日 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)課題 ： 智能超聲波測(cè)距小車設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目智能超聲波測(cè)距小車設(shè)計(jì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來(lái)源選題指導(dǎo)教師 主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計(jì)智能小車超聲波測(cè)距，實(shí)現(xiàn)以下功能：

2、1.智能小車能夠按照給定的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，包括前進(jìn)、后退、左拐、右拐的運(yùn)動(dòng)控制。2.小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，超聲波測(cè)距模塊正常工作，并將結(jié)果顯示在1602液晶顯示屏上。任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序。第7-8天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確，篇幅合理。主要參考資料1 張迎新單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國(guó)防工業(yè)

3、出版社，20042偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說(shuō)明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2006審查意見(jiàn)系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 概述41.1 應(yīng)用情況及主要功能41.2 技術(shù)指標(biāo)52總體方案設(shè)計(jì)及分析62.1總體方案設(shè)計(jì)62.2 系統(tǒng)方案73 硬件電路設(shè)計(jì)73.1 51單片機(jī)系統(tǒng)103.2超聲波發(fā)射和接收模塊113.3 1602液晶顯示屏133.4電源電路143.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊143.6小車骨架154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1 主程序設(shè)計(jì)154.2 定義延時(shí)程序頭文件164.3電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊174.4液晶屏顯示模塊184.5測(cè)距模塊18

4、5總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄A 系統(tǒng)原理圖21附錄B 源程序211.概述本文所介紹的超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)在測(cè)距的時(shí)候采用的是兩個(gè)超聲波探頭分別進(jìn)行超聲波發(fā)射和接收來(lái)進(jìn)行距離的測(cè)量的。本設(shè)計(jì)的汽車防撞系統(tǒng)能測(cè)量出倒車方向的障礙物與汽車之間的距離, 并通過(guò)液晶屏顯示單元模塊顯示兩者之間的距離。本系統(tǒng)利用一片89C51單片機(jī)對(duì)超聲波信號(hào)循環(huán)不斷地進(jìn)行采集。系統(tǒng)包括超聲波測(cè)距單元（超聲波集成模塊）、89C51單片機(jī)控制、電機(jī)控制模塊和液晶屏顯示模塊。這個(gè)設(shè)計(jì)的汽車倒車?yán)走_(dá)要能夠連續(xù)測(cè)距，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理后，用液晶屏顯示所測(cè)量得到的距離。 11 應(yīng)用情況及主要功能當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不

5、斷提高，汽車已逐漸進(jìn)入不少百姓家。汽車使用數(shù)量的不斷增加，從而由此導(dǎo)致的倒車交通安全問(wèn)題也非常嚴(yán)重，道路交通壓力增加，交通安全問(wèn)題也是面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在面臨如此嚴(yán)峻的交通安全問(wèn)題，許多涉及安全問(wèn)題的汽車輔助系統(tǒng)也紛紛現(xiàn)世。而本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)知識(shí)、傳感器知識(shí)等，進(jìn)行的汽車防撞裝置的設(shè)計(jì)，在汽車倒車時(shí)，這種裝置可以在駕駛員對(duì)車尾與障礙物體的距離遠(yuǎn)近無(wú)法目測(cè)和判斷時(shí)進(jìn)行報(bào)警。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的開(kāi)始是以蜂鳴器報(bào)警為標(biāo)志的。汽車離障礙物距離越近，蜂鳴器報(bào)警聲越急，蜂鳴器報(bào)警雖然使駕駛員知道有障礙物的存在，但卻不能確定汽車車尾離障礙物有多遠(yuǎn)，所以，蜂鳴器報(bào)警對(duì)駕駛員幫助不是很大；之后一個(gè)質(zhì)的飛躍就是液晶屏顯

6、示的出現(xiàn)，特別是液晶顯示開(kāi)始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，駕駛員就是只要發(fā)動(dòng)車輛，而且不用掛倒擋，液晶顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及汽車與周圍的障礙物的距離，液晶顯示是動(dòng)態(tài)顯示，液晶顯示器的外表美觀，顯示的色彩也很清晰，而且可以直接粘貼在儀表盤上，安裝也很方便。不過(guò)由于液晶顯示的靈敏度比較高，而且它的抗干擾能力也不是很強(qiáng)，所以誤報(bào)的情況也較多。 現(xiàn)在市面上的魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)應(yīng)該算是比較先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)了，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，并采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，并用高速電腦控制，可全天準(zhǔn)確地進(jìn)行探測(cè)2 m以內(nèi)的障礙物，并以不同的聲音提示和直觀的距離顯示來(lái)提醒駕駛員；魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度

7、顯示和車內(nèi)空氣溫度顯示等多項(xiàng)功能整合在一起1，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡 ，所以可以不占用車內(nèi)空間，可以直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置，而且它樣式種類繁多，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配，當(dāng)然它的價(jià)格也是比較貴的。最新的一代倒車?yán)走_(dá)是整合影音系統(tǒng)，除了具備前幾代倒車?yán)走_(dá)的功能外還兼有影音系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，相關(guān)電子技術(shù)也是飛躍前進(jìn)，當(dāng)然，汽車電子產(chǎn)業(yè)也得到飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使得車載電子安全產(chǎn)品有很大的發(fā)展前景。倒車?yán)走_(dá)當(dāng)然是每輛車必備的電子安全產(chǎn)品，如今市面上的主流的汽車倒車?yán)走_(dá)基本都是以單片機(jī)芯片為控制核心的智能測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)。這些的倒車?yán)走_(dá)能夠連續(xù)測(cè)距并顯

8、示汽車與障礙物之間的距離，而且采用蜂鳴器的不同頻率的鳴叫聲進(jìn)行報(bào)警提示和距離顯示提示，從而能夠盡量不占用駕駛員的視覺(jué)空間。此外，汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展還要求作為汽車行駛安全輔助系統(tǒng)的倒車?yán)走_(dá)要具有通信功能，并能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去。1.2 技術(shù)指標(biāo)超聲波測(cè)距模塊：1、典型工作用電壓：5V2、超小靜態(tài)工作電流：小于5mA3、感應(yīng)角度(R3 電阻越大,增益越高,探測(cè)角度越大)：R3 電阻為392,不大于15 度R3 電阻為472, 不大于30 度4、探測(cè)距離(R3 電阻可調(diào)節(jié)增益,即調(diào)節(jié)探測(cè)距離)：R3 電阻為392 2cm-450cmR3 電阻為472 2cm-700cm5、高精度：可

9、達(dá)0.3cm6、盲區(qū)（2cm）超近液晶顯示模塊：顯示容量16*2個(gè)字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95*4.35（WXH）mm2. 總體方案設(shè)計(jì)及分析2.1 總體方案設(shè)計(jì)超聲波是一種超出人類聽(tīng)覺(jué)極限的聲波即其振動(dòng)頻率高于20 kHz的機(jī)械波。超聲波傳感器在工作的時(shí)候就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，當(dāng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波時(shí)，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當(dāng)接收超聲波時(shí)，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到單片機(jī)控制芯片。超聲波具有振動(dòng)頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠?yàn)榉瓷渚€定向傳播等優(yōu)點(diǎn)，而且超聲波傳

10、感器的能量消耗緩慢有利于測(cè)距。在中、長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，超聲波傳感器的精度和方向性都要大大優(yōu)于紅外線傳感器，但價(jià)格也稍貴。從安全性，成本、方向性等方面綜合考慮，超聲波傳感器更適合設(shè)計(jì)要求。2.2 系統(tǒng)方案此方案選擇51單片機(jī)作為控制核心，所測(cè)得的距離數(shù)值由1602液晶顯示屏顯示，超聲波發(fā)射信號(hào)由51單片機(jī)的P3.3口送出到超聲波發(fā)射電路，將超聲波發(fā)送出去，超聲波接收電路由EM78P153芯片和超聲波接收探頭組成的電路構(gòu)成，顯示系統(tǒng)由液晶屏顯示器電路構(gòu)成。本設(shè)計(jì)中將收發(fā)超聲波的探頭分離這樣不會(huì)使收發(fā)信號(hào)混疊，從而能避免干擾，可以很好的提高系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)的汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖如圖1所示。超聲波接

11、受器檢波電路51單片機(jī)超聲波發(fā)射器放大電路放大電路顯示模塊電機(jī)模塊圖1 汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)由Keil編程軟件對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行編程，51單片機(jī)在執(zhí)行程序后由P0.1端口產(chǎn)生40kHz的脈沖信號(hào)通過(guò)74LS04電路進(jìn)行放大并送到到超聲波發(fā)射探頭，產(chǎn)生超聲波。在超聲波發(fā)射電路啟動(dòng)的同時(shí)單片機(jī)啟動(dòng)中斷定時(shí)器，利用其計(jì)數(shù)的功能記錄超聲波發(fā)射超聲波到接收到超聲波回波的時(shí)間。當(dāng)接收回射的超聲波時(shí)，接收電路的輸出端產(chǎn)生負(fù)跳變輸出到單片機(jī)產(chǎn)生中斷申請(qǐng)，執(zhí)行外部中斷子程序計(jì)算距離。結(jié)合各方面的因素考慮，依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料，選擇了超聲波測(cè)距傳感器TR40-16Q（其中T表示超聲波發(fā)射探頭，R

12、表示超聲波接收探頭），綜合考慮設(shè)計(jì)的要求出于簡(jiǎn)便角度，選用了HC-SR04超聲波集成模塊。此超聲波模塊的最大探測(cè)距離為5 m，精度可以達(dá)到0.3 cm，盲區(qū)為2 cm，而且發(fā)射擴(kuò)散角不大于15°，更有利于測(cè)距的準(zhǔn)確性。而且，此模塊的工作頻率范圍為39 kHz41 kHz左右，完全能在40 kHz工作頻率工作。由于超聲波的發(fā)射和接收是分開(kāi)發(fā)送和接收的，所以發(fā)射探頭和接收探頭必須在同一條水平行直線上，這樣才能準(zhǔn)確地接收反射的回波。而由于測(cè)量的距離不同和發(fā)射擴(kuò)散角所引起的誤差以及超聲波信號(hào)在空氣中傳播的過(guò)程中的超聲波衰減問(wèn)題，發(fā)射探頭和接收探頭距離不可以太遠(yuǎn)，而且還要避免發(fā)射探頭對(duì)接收探頭

13、在接收信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的干擾，所以二者又不能靠得太近。根據(jù)對(duì)相關(guān)資料查閱，將兩探頭之間的距離定在5 cm8 cm最為合適。本設(shè)計(jì)所用的HC-SR04模塊的超聲波探頭之間的距離大約在6 cm左右。3 硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的汽車防撞裝置由51單片機(jī)、超聲波發(fā)射和接收探頭、1602液晶顯示屏、電源電路和電機(jī)模塊組成。汽車防撞系統(tǒng)的測(cè)距是利用超聲波測(cè)距的原理，在單片機(jī)內(nèi)部程序的控制下，由超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，在超聲波遇到障礙物時(shí)反射到超聲波接收探頭，由此回應(yīng)到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行中斷處理和數(shù)據(jù)的處理，計(jì)算出距離，由液晶屏顯示距離。本設(shè)計(jì)的硬件電路分為六部分：51單片機(jī)、超聲波發(fā)射和接收探頭、1602液晶顯

14、示屏、電源電路、電機(jī)模塊和小車骨架組成。 3.1 51單片機(jī)系統(tǒng)一般在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，能否完成設(shè)計(jì)任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適，而單片機(jī)更是是系統(tǒng)控制的核心，所以對(duì)單片機(jī)的選擇更是異常重要。如果選擇了一個(gè)合適的單片機(jī)不僅可以最大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比較高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更方便。目前，市面上的單片機(jī)的種類繁多，并且他們?cè)诠δ芊矫嬉彩歉髯杂懈髯缘奶攸c(diǎn)。在一般的情況下來(lái)講，在選擇單片機(jī)時(shí)要需要考慮的幾個(gè)方面有5：（1）單片機(jī)最基本性能參數(shù)指標(biāo)。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲(chǔ)器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。（2）單片機(jī)的某些增強(qiáng)的功能。（3）單片機(jī)的存

15、儲(chǔ)介質(zhì)。例如：對(duì)于程序存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，最好選用的是Flash的存儲(chǔ)器。（4）單片機(jī)的封裝形式。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、PLCC封裝及表面貼附等。（5）單片機(jī)對(duì)工作的溫度范圍的要求。例如：在進(jìn)行設(shè)計(jì)戶外的產(chǎn)品時(shí)，就必須要選用工業(yè)級(jí)的芯片，以達(dá)到溫度范圍的要求。（6）單片機(jī)的功耗。例如，如果信號(hào)線取電只能提供幾mA的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個(gè)時(shí)候選用STC的單片機(jī)是最合適的。（7）單片機(jī)在市面上的銷售渠道是否暢通、其價(jià)格是否便宜。（8）單片機(jī)技術(shù)的支持網(wǎng)站如何，賣家提供的芯片資料是否足夠完善，是否包含了用戶手冊(cè)，設(shè)計(jì)方案舉例，相關(guān)范例程序等。（9）單片機(jī)的保密性是否很好，單片

16、機(jī)的抗干擾的性能如何等。51系列單片機(jī)它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源等方面與標(biāo)準(zhǔn)的52系列的單片機(jī)可以完全的兼容。51系列的單片機(jī)執(zhí)行速率快(最高時(shí)鐘頻率為90 MHz)，功耗低，在系統(tǒng)、在應(yīng)用可編程,不占用用戶的資源5。根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，選擇AT89S51單片機(jī)做為本設(shè)計(jì)的單片機(jī)使用，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的CMOS 8位單片機(jī)。89S51單片機(jī)具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：4 k字節(jié)的閃存片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部輸入和輸出口，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗電路，5個(gè)中斷源，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，片內(nèi)震蕩和時(shí)鐘電路且全靜態(tài)工作并由低功耗的閑置

17、和掉電模式。51 單片機(jī)外部有40 個(gè)引腳，很好記憶這些管腳的功能。IO 口共32 個(gè)，晶振2 個(gè)，復(fù)位1 個(gè)，電源2 個(gè)，還有三個(gè)分別是EA/VP、ALE/PROG、PSEN 引腳。如圖2所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3所示。 圖2 80C51芯片原理圖圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2超聲波發(fā)射和接收模塊超聲波是一種振動(dòng)頻率超過(guò)20 kHz的機(jī)械波，它可以沿直線方向傳播，而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠(yuǎn)，在介質(zhì)中傳播時(shí)遇到障礙物在入射到它的反射面上就會(huì)產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測(cè)量、厚度等方面。而且，超聲波的測(cè)量是一種比較理想的非接觸式的測(cè)距方法。

18、當(dāng)進(jìn)行距離的測(cè)量時(shí)，由安裝在同一水平線上的超聲波發(fā)射器和接收器完成超聲波的發(fā)射與接收，并且同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。首先由超聲波發(fā)射探頭向倒車的方向發(fā)射超聲波并同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播的途中一旦遇到障礙物后就會(huì)被反射回來(lái)，當(dāng)接收探頭收到反射波后就會(huì)給負(fù)脈沖到單片機(jī)使其立刻停止計(jì)時(shí)。這樣，定時(shí)器就能夠準(zhǔn)確的記錄下了超聲波發(fā)射點(diǎn)至障礙物之間往返傳播所用的時(shí)間t（s）。由于在常溫下超聲波在空氣中的傳播速度大約為340 m/s，所以障礙物到發(fā)射探頭之間的距離為：S=340×t/2=170×t 因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)時(shí)實(shí)際上就是對(duì)機(jī)器周期T的計(jì)數(shù)，而本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘頻率fo

19、sc取12 MHz，設(shè)計(jì)數(shù)值N，則： T12/fosc=1s t=N×TN×0.000001（s） S170×N×T170×N/1000000（m） 在程序中按式S170×N×T170×N/1000000計(jì)算距離。本設(shè)計(jì)方案中使用的是由超聲波發(fā)射和接收探頭組成的HC-SR04模塊。圖4 HC-SR04內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3 1602液晶顯示屏1602液晶模塊，顯示屏是藍(lán)色背光白色字體。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)其控制原理與

20、14腳的LCD完全一樣，引腳定義如下圖5所示： 圖5 1602液晶顯示屏引腳定義圖HD44780內(nèi)置了DDRAM、CGROM和CGRAM。DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來(lái)寄存待顯示的字符代碼。圖6 液晶顯示屏連接圖3.4 電源電路：LM7805芯片是三端正電源穩(wěn)壓電路，其封裝形式為T0-220.他有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。由于內(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使他基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能提供大于1.5A的輸出電流。雖然是按照固定電壓值進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐饨悠骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。圖7 穩(wěn)壓電路原理圖3.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模

21、塊L298N是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開(kāi)關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術(shù)，使用5V的電源電壓，全部信號(hào)的連接都與TFL/CMOS或集電極開(kāi)路的晶體管兼容。L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相 和四相步

22、進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)， 但在本驅(qū)動(dòng)電路中用L297 來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，節(jié)省了單片機(jī)IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖9 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連 接來(lái)控制負(fù)載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 圖

23、8 L298N原理圖3.6 小車骨架被設(shè)計(jì)為4WD測(cè)速小車，外觀更美，結(jié)構(gòu)合理。搭配相關(guān)模塊，可以完美實(shí)現(xiàn)尋跡，避障，測(cè)速，走迷宮，搬運(yùn)，遙控等功能。材料：進(jìn)口亞克力板，強(qiáng)度高（室外放5年不老化）尺寸：25CM*15CM（厚3MM）電壓：3V-10V,電流：0.5-2A電機(jī)：180轉(zhuǎn)/分與90轉(zhuǎn)/分 額定工作電壓：5V電壓小車預(yù)留了、51單片機(jī)控制板，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、尋跡模塊、避障模塊，測(cè)速模塊等傳感器孔位，方便進(jìn)行組裝和擴(kuò)展。圖10 小車骨架圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫程序，程序主要由系統(tǒng)主程序和各模塊自定義的頭文件程序構(gòu)成。主程序完成單片機(jī)的子程序調(diào)用以完成所

24、需功能，頭文件程序主要實(shí)現(xiàn)具體的超聲波的發(fā)射和接收、計(jì)算超聲波發(fā)射點(diǎn)與障礙物之間的距離、液晶屏顯示和電機(jī)運(yùn)動(dòng)等。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計(jì)算測(cè)量距離、數(shù)據(jù)計(jì)算、電機(jī)運(yùn)動(dòng)和液晶屏顯示。4.1 主程序設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)距離進(jìn)行測(cè)量的，然后通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，能精確的實(shí)現(xiàn)測(cè)距。在測(cè)距中，各種信號(hào)包括溫度對(duì)聲速的影響都將干擾到測(cè)距的準(zhǔn)確性，其中超聲波的余波信號(hào)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中測(cè)距的精確度的干擾的影響比較大。超聲波接收回路中的超聲波信號(hào)一共有兩種波信號(hào)：第一種波信號(hào)為余波信號(hào)就是當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射出信號(hào)之后，超聲波接收探頭馬上就接收到的超聲波信號(hào)，實(shí)際就

25、是超聲波的發(fā)射信號(hào)；另一種波信號(hào)就是有效信號(hào)，即經(jīng)過(guò)障礙物表面反射回來(lái)的超聲波回波信號(hào)，也是所需要測(cè)量的距離數(shù)值。 在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開(kāi)始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離，對(duì)于回波信號(hào)需要進(jìn)行檢測(cè)的有效信號(hào)是反射物體反射的回波信號(hào)，所以要盡量避免在檢測(cè)時(shí)候檢測(cè)到余波信號(hào)。余波就是在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因。所需頭文件聲明實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行測(cè)量距離并轉(zhuǎn)換對(duì)所得到的距離進(jìn)行顯示圖11 主程序設(shè)計(jì)4.2 定義延時(shí)程序頭文件包括兩個(gè)種類的延時(shí)子程序，一個(gè)是毫秒

26、級(jí)的延時(shí)程序，另一個(gè)是微秒級(jí)的延時(shí)程序。均為通過(guò)設(shè)計(jì)內(nèi)外循環(huán)和變量的值來(lái)構(gòu)成不同時(shí)間的延時(shí)。 圖12 延時(shí)程序4.3 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序

27、信號(hào)，但在本驅(qū)動(dòng)電路中用L297 來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，節(jié)省了單片機(jī)IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖9 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連 接來(lái)控制負(fù)載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 圖13 電機(jī)設(shè)計(jì)4.4 液晶屏顯示模塊1602是指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。

28、 圖14 液晶屏顯示設(shè)計(jì)4.5 測(cè)距模塊在進(jìn)行超聲波測(cè)距時(shí)，實(shí)際上測(cè)距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號(hào)開(kāi)始到接收到信號(hào)的聲波的往返時(shí)間差，然后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算出距離，對(duì)于回波信號(hào)需要進(jìn)行檢測(cè)的有效信號(hào)是反射物體反射的回波信號(hào)，所以要盡量避免在檢測(cè)時(shí)候檢測(cè)到余波信號(hào)。余波就是在發(fā)射超聲波時(shí)超聲波信號(hào)直接到達(dá)接受探頭的波信號(hào)，同時(shí)余波信號(hào)也是超聲波測(cè)量時(shí)存在測(cè)量盲區(qū)的最主要的原因。 超聲波接收電路在接收到超聲波回波后，通過(guò)CX20106A電路進(jìn)行檢波整形比較，并向單片機(jī)發(fā)出有效信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)外部中斷的改變記錄回波信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號(hào)，這個(gè)時(shí)候停止計(jì)時(shí)，并且讀

29、取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是需要進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間差的數(shù)據(jù)。程序中對(duì)測(cè)距距離的計(jì)算方法是按S=17×N/1000=0.017×N(cm)進(jìn)行計(jì)算的，其中，N為計(jì)數(shù)器的值，聲速的值取為340 m/s。 圖15 測(cè)距模塊設(shè)計(jì)5.總結(jié)本設(shè)計(jì)介紹的是基于單片機(jī)的智能信號(hào)聲波測(cè)距小車的設(shè)計(jì)，文中給出了具體的系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)思路方案。而超聲波測(cè)距模塊是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵模塊，本設(shè)計(jì)中測(cè)距顯示模塊采用的是單片機(jī)1602液晶屏進(jìn)行顯示的。設(shè)計(jì)的程序是利用Keil編程軟件來(lái)完成的，程序所用的語(yǔ)言是C語(yǔ)言。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的智能信號(hào)聲波測(cè)距小車的測(cè)距精度能達(dá)到0.3 cm的精度，而且測(cè)距盲區(qū)僅僅只有

30、2 cm，能夠很好的進(jìn)行距離的測(cè)量，而且控制方便，在利用了超聲波集成模塊后的調(diào)試也很方便，測(cè)距的范圍可以在2 cm5 m之間，測(cè)距穩(wěn)定，可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。參 考 文 獻(xiàn)1 鞠永勝. 基于嵌入式系統(tǒng)汽車倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D. 山東：山東大學(xué)，2010.2 張國(guó)熊. 測(cè)控電路M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.3 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2004.4 侯媛彬等. 凌陽(yáng)單片機(jī)原理及其畢業(yè)設(shè)計(jì)精選M. 科學(xué)出版社，2006.5 李建忠. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008. 6 霍孟友等. 單片機(jī)原理與應(yīng)用M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

31、7 劉洪恩. 汽車倒車防撞超聲波雷達(dá)的設(shè)計(jì)J. 儀表技術(shù)，2004，15（04）：5560.8 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.9 高海生，楊文煥. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M. 成都：西南交通大學(xué)出版社，1996.10 張友德，趙志英，涂時(shí)亮. 單片機(jī)微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M. 上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1992.11 陸冬妹. 基于溫度補(bǔ)償?shù)某暡ǖ管嚋y(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（2）.12 劉典文等. 基于單片機(jī)STC89C51設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀J. 中國(guó)新技術(shù)信產(chǎn)品，2010，8：1617.13 Vizimuller. RF d

32、esign guide-systems, circuits, and equations M. Boston：Artech House，1995.14 Keil Software. The Final World On the 8051M. Germany：Keil Elektronik Gmbh and Keil software，1997.15 梁小流，陳炳森，梁建和. 基于89S52汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 機(jī)電工程技術(shù)，2011，10(4)：4951.附錄A：附錄B：主程序：#include <reg52.h>#include "wendu.h"#inc

33、lude "delay.h"#include "yejing.h" #include "dianji.h"#include "ceju.h" void main()PWM();yejing_init();ceju_init();zhengzhuan();delay(1000);zuozhuan();delay(1000);zhengzhuan();delay(1000);zuozhuan();delay(1000);zhidong();while(1)ceju();delay(5); 延時(shí)模塊自定義的頭文件：#if

34、ndef _DEALAY_H_#define _DEALAY_H_#define uchar unsigned char #define uint unsigned intvoid delay(unsigned int i)/延遲I毫秒unsigned int x,y;for(x=i;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void delayus(unsigned int a)/延遲a微妙while(a-);void delay_20us()uint i;for(i=100;i<100;i+); #endif 電機(jī)運(yùn)行模塊自定義的頭文件：#ifndef _DIAN

35、JI_H_#define _DIANJI_H_#include <reg52.h>#include "delay.h"sbit ENA1=P20;sbit ENB1=P21;sbit ENA2=P26;sbit ENB2=P27;sbit IN1=P10;sbit IN2=P11;sbit IN3=P12;sbit IN4=P13;sbit IN5=P14;sbit IN6=P15;sbit IN7=P16;sbit IN8=P17;uchar time,a=1; void PWM() /輸出PWM波¨TMOD=0x11; /使用定時(shí)器0用于電機(jī)模塊，

36、使用定時(shí)器1用于超聲波測(cè)距模塊TH0=0XFF;TL0=0XF7;EA=1;ET0=1;TR0=1;void tim0() interrupt 1TR0=0;TH0=(65535-400)/256;TL0=(65535-400)%256;TR0=1;time+;if(time>=100)time=0;if(time<=0) /若設(shè)time的數(shù)小于等于x，則占空比為（100-x）a=0;elsea=1;ENA1=a;ENA2=a;ENB1=a;ENB2=a;void zhengzhuan() /電機(jī)正轉(zhuǎn)IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;IN5=0;IN6=1;IN7=0

37、;IN8=1;void fanzhuan() /電機(jī)反轉(zhuǎn)IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;IN5=1;IN6=0;IN7=1;IN8=0;void zuozhuan() /電機(jī)左轉(zhuǎn)IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;IN5=1;IN6=1;IN7=1;IN8=1;void youzhuan() /電機(jī)右轉(zhuǎn)IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=0;IN5=0;IN6=1;IN7=0;IN8=1;void zhidong() /電機(jī)制動(dòng)IN1=1;IN2=1;IN3=1;IN4=1;IN5=1;IN6=1;IN7=1;IN8=1;#endif 液晶顯示屏模塊自定義的

38、頭文件：/*液晶顯示 RS=P23 RW=P24 LCDEN=P25*/#ifndef _YEJING_H_#define _YEJING_H_#include <reg52.h>#include "delay.h"sbit lcdrs=P23;sbit lcdrw=P24;sbit lcden=P25;uchar code table="Temp= . C"uchar code table1="X= cm"uchar code table2="0123456789"/用此數(shù)列顯示距離值的大小uchar num;void write_com(uchar com) /寫命令lcdrs=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_date(uchar date) /寫數(shù)據(jù)lcdrs=1;P0=