單片機課程設(shè)計智能超聲波測距小車設(shè)計(共32頁)

1、 單片機系統(tǒng)課程設(shè)計 單片機系統(tǒng)(xtng)課 程 設(shè) 計成績(chngj)評定表設(shè)計(shj)課題 ： 智能超聲波測距小車設(shè)計 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計地點 ： 設(shè)計時間 ： 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日單片機系統(tǒng)(xtng)課 程 設(shè) 計設(shè)計(shj)課題 ： 智能(zh nn)超聲波測距小車設(shè)計 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 課程設(shè)計地點： 課程設(shè)計時間： 單片機系統(tǒng)(xtng) 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目智能超聲波測距小車設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來

2、源選題指導(dǎo)教師 主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計智能小車超聲波測距，實現(xiàn)以下功能：1.智能小車能夠按照給定的程序進行運動，包括前進、后退、左拐、右拐的運動控制。2.小車運動過程中，超聲波測距模塊正常工作，并將結(jié)果顯示在1602液晶顯示屏上。任務(wù)要求（進度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。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)計要有詳細論述。第5-6天：軟件設(shè)計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計報告。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)計正確，篇幅合理

3、。主要參考資料1 張迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)使用說明書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審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc310984298 1 概述(i sh)41.1 HYPERLINK l _Toc310984299 應(yīng)用(yngyng)情況及主要(zhyo)功能41. HYPERLINK l _Toc310984299 2 技術(shù)指標5 HYPERLINK l _Toc310984

4、299 2總體方案設(shè)計及分析6 HYPERLINK l _Toc310984300 2.1總體方案設(shè)計6 HYPERLINK l _Toc310984301 2.2 系統(tǒng)方案7 HYPERLINK l _Toc310984303 3 硬件電路設(shè)計7 HYPERLINK l _Toc310984304 3.1 51單片機系統(tǒng)10 HYPERLINK l _Toc310984305 3.2超聲波發(fā)射和接收模塊11 HYPERLINK l _Toc310984306 3.3 1602液晶顯示屏13 HYPERLINK l _Toc310984307 3.4電源電路14 HYPERLINK l _To

5、c310984308 3.5電機驅(qū)動模塊14 HYPERLINK l _Toc310984309 3.6小車骨架15 HYPERLINK l _Toc310984311 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計15 HYPERLINK l _Toc310984312 4.1 主程序設(shè)計15 HYPERLINK l _Toc310984313 4.2 定義延時程序頭文件16 HYPERLINK l _Toc310984314 4.3電機運動控制模塊17 HYPERLINK l _Toc310984314 4.4液晶屏顯示模塊18 HYPERLINK l _Toc310984314 4.5測距模塊18 HYPERLINK

6、 l _Toc310984315 5總結(jié)(zngji)19 HYPERLINK l _Toc310984319 參考文獻20 HYPERLINK l _Toc310984320 附錄(fl)A 系統(tǒng)(xtng)原理圖21 HYPERLINK l _Toc310984321 附錄B 源程序211.概述本文所介紹的超聲波測距報警系統(tǒng)在測距的時候采用的是兩個超聲波探頭分別進行超聲波發(fā)射和接收來進行距離的測量的。本設(shè)計的汽車防撞系統(tǒng)能測量出倒車方向的障礙物與汽車之間的距離, 并通過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單片機對超聲波信號循環(huán)不斷地進行采集。系統(tǒng)包括超聲波測距單元

7、（超聲波集成模塊）、89C51單片機控制、電機控制模塊和液晶屏顯示模塊。這個設(shè)計的汽車倒車雷達要能夠連續(xù)測距，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機的處理后，用液晶屏顯示所測量得到的距離。 11 應(yīng)用情況及主要功能當前社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷提高，汽車已逐漸進入不少百姓家。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題也非常嚴重，道路交通壓力增加，交通安全問題也是面臨嚴峻挑戰(zhàn)。在面臨如此嚴峻的交通安全問題，許多涉及安全問題的汽車輔助系統(tǒng)也紛紛現(xiàn)世。而本設(shè)計就是利用單片機知識、傳感器知識等，進行的汽車防撞裝置的設(shè)計，在汽車倒車時，這種裝置可以在駕駛員對車尾與障礙物體的距離遠近無法目測和判斷時進行報

8、警。倒車雷達系統(tǒng)的開始是以蜂鳴器報警為標志的。汽車離障礙物距離越近，蜂鳴器報警聲越急，蜂鳴器報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，所以，蜂鳴器報警對駕駛員幫助不是很大；之后一個質(zhì)的飛躍就是液晶屏顯示的出現(xiàn)，特別是液晶顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)，駕駛員就是只要發(fā)動車輛，而且不用掛倒擋，液晶顯示器上就會出現(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，所以誤報的情況也較多。 現(xiàn)在市面上的魔幻鏡倒車雷達應(yīng)該算是比

9、較先進的倒車雷達了，它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，并采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)，并用高速電腦控制，可全天準確地進行探測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提醒駕駛員；魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣溫度顯示等多項功能整合在一起1，并設(shè)計了語音功能，因為其外形就是一塊倒車鏡 ，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，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配，當然它的價格也是比較貴的。最新的一代倒車雷達是整合影音系統(tǒng)，除了具備前幾代倒車雷達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，當然，汽車

10、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。倒車雷達當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雷達基本都是以單片機芯片為控制核心的智能測距報警系統(tǒng)。這些的倒車雷達能夠(nnggu)連續(xù)測距并顯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行報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)的倒車雷達要具有通信功能，并能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去。1.2 技術(shù)指標超聲波測距模塊(m kui)：1、典型(dinxng)工作用電壓：5V2、超小靜態(tài)工作電流：小于5

11、mA3、感應(yīng)角度(R3 電阻越大,增益越高,探測角度越大)：R3 電阻(dinz)為392,不大于15 度R3 電阻(dinz)為472, 不大于30 度4、探測(tnc)距離(R3 電阻可調(diào)節(jié)增益,即調(diào)節(jié)探測距離)：R3 電阻為392 2cm-450cmR3 電阻為472 2cm-700cm5、高精度：可達0.3cm6、盲區(qū)（2cm）超近液晶顯示模塊：顯示容量16*2個字符芯片工作電壓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)計及分析2.1 總體方案設(shè)計超聲波是一種超出人類聽覺極限的聲波即其振動頻率高于20 k

12、Hz的機械波。超聲波傳感器在工作的時候就是將電壓和超聲波之間的互相轉(zhuǎn)換，當超聲波傳感器發(fā)射超聲波時，發(fā)射超聲波的探頭將電壓轉(zhuǎn)化的超聲波發(fā)射出去，當接收超聲波時，超聲波接收探頭將超聲波轉(zhuǎn)化的電壓回送到單片機控制芯片。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小而且方向性好還能夠為反射線定向傳播等優(yōu)點，而且超聲波傳感器的能量消耗緩慢有利于測距。在中、長距離測量時，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)計要求。2.2 系統(tǒng)(xtng)方案此方案(fng n)選擇51單片機作為控制核心，所測得的距離數(shù)值由1602液晶(y

13、jng)顯示屏顯示，超聲波發(fā)射信號由51單片機的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)計中將收發(fā)超聲波的探頭分離這樣不會使收發(fā)信號混疊，從而能避免干擾，可以很好的提高系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計的汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖如圖1所示。超聲波接受器檢波電路51單片機超聲波發(fā)射器放大電路放大電路顯示模塊電機模塊圖1 汽車防撞裝置的系統(tǒng)框圖本設(shè)計由Keil編程軟件對51單片機進行編程，51單片機在執(zhí)行程序后由P0.1端口產(chǎn)生40kHz的脈沖信號通過74LS04電路進行放大并送到到超聲波發(fā)射探頭，產(chǎn)

14、生超聲波。在超聲波發(fā)射電路啟動的同時單片機啟動中斷定時器，利用其計數(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間。當接收回射的超聲波時，接收電路的輸出端產(chǎn)生負跳變輸出到單片機產(chǎn)生中斷申請，執(zhí)行外部中斷子程序計算距離。結(jié)合各方面的因素考慮，依據(jù)設(shè)計的要求，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料，選擇了超聲波測距傳感器TR40-16Q（其中T表示超聲波發(fā)射探頭，R表示超聲波接收探頭），綜合考慮設(shè)計的要求出于簡便角度，選用了HC-SR04超聲波集成模塊。此超聲波模塊的最大探測距離為5 m，精度可以達到0.3 cm，盲區(qū)為2 cm，而且發(fā)射擴散角不大于15，更有利于測距的準確性。而且，此模塊的工作頻率范圍為39 kH

15、z41 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，這樣才能準確地接收反射的回波。而由于測量的距離不同和發(fā)射擴散角所引起的誤差以及超聲波信號在空氣中傳播的過程中的超聲波衰減問題，發(fā)射探頭和接收探頭距離不可以太遠，而且還要避免發(fā)射探頭對接收探頭在接收信號時產(chǎn)生的干擾，所以二者又不能靠得太近。根據(jù)對相關(guān)(xinggun)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(shj)所用的HC-SR04模塊的超聲波探頭之間的距離大約(dyu)在6 cm左右。3 硬件電路設(shè)計本設(shè)計的汽車防撞裝置由5

16、1單片機、超聲波發(fā)射和接收探頭、1602液晶顯示屏、電源電路和電機模塊組成。汽車防撞系統(tǒng)的測距是利用超聲波測距的原理，在單片機內(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反射到超聲波接收探頭，由此回應(yīng)到單片機，由單片機進行中斷處理和數(shù)據(jù)的處理，計算出距離，由液晶屏顯示距離。本設(shè)計的硬件電路分為六部分：51單片機、超聲波發(fā)射和接收探頭、1602液晶顯示屏、電源電路、電機模塊和小車骨架組成。 3.1 51單片機系統(tǒng)一般在系統(tǒng)的設(shè)計當中，能否完成設(shè)計任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適，而單片機更是是系統(tǒng)控制的核心，所以對單片機的選擇更是異常重要。如果選擇了一個合適的單

17、片機不僅可以最大地簡化系統(tǒng)的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比較高，對整個系統(tǒng)來說更方便。目前，市面上的單片機的種類繁多，并且他們在功能方面也是各自有各自的特點。在一般的情況下來講，在選擇單片機時要需要考慮的幾個方面有5：（1）單片機最基本性能參數(shù)指標。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。（2）單片機的某些增強的功能。（3）單片機的存儲介質(zhì)。例如：對于程序(chngx)存儲器來說，最好選用的是Flash的存儲器。（4）單片機的封裝形式。封裝的形式多種多樣(du zhn du yn)，例如：雙列直插封裝、PLCC封裝及表面(biomin)貼附等。（5）單片機對

18、工作的溫度范圍的要求。例如：在進行設(shè)計戶外的產(chǎn)品時，就必須要選用工業(yè)級的芯片，以達到溫度范圍的要求。（6）單片機的功耗。例如，如果信號線取電只能提供幾mA的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個時候選用STC的單片機是最合適的。（7）單片機在市面上的銷售渠道是否暢通、其價格是否便宜。（8）單片機技術(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，設(shè)計方案舉例，相關(guān)范例程序等。（9）單片機的保密性是否很好，單片機的抗干擾的性能如何等。51系列單片機它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源等方面與標準的52系列的單片機可以完全的兼容。51系列的單片機執(zhí)行速率快(最高時鐘頻率為90 MHz

19、)，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)計的實際要求，選擇AT89S51單片機做為本設(shè)計的單片機使用，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的CMOS 8位單片機。89S51單片機具有以下幾個性能特點：4 k字節(jié)的閃存片內(nèi)程序存儲器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，32個外部輸入和輸出口，2個全雙工串行通信口，看門狗電路，5個中斷源，2個16位可編程定時計數(shù)器，片內(nèi)震蕩和時鐘電路且全靜態(tài)工作并由低功耗的閑置和掉電模式。51 單片機外部有40 個引腳，很好記憶這些管腳的功能。IO 口共32 個，晶振2 個，復(fù)位1 個，電源2 個，還有三個分別是EA/VP、ALE/PROG、P

20、SEN 引腳。如圖2所示。單片機最小系統(tǒng)如圖3所示。 圖2 80C51芯片(xn pin)原理圖圖3 單片機最小系統(tǒng)(xtng)原理圖3.2超聲波發(fā)射和接收(jishu)模塊超聲波是一種振動(zhndng)頻率超過20 kHz的機械波，它可以沿直線方向(fngxing)傳播，而且傳播的方向性好，傳播的距離也較遠，在介質(zhì)中傳播時遇到障礙物在入射到它的反射面上就會產(chǎn)生反射波。由于超聲波的以上幾個特點，所以超聲波被廣泛地應(yīng)用于物體距離的測量、厚度等方面。而且，超聲波的測量是一種比較理想的非接觸式的測距方法。當進行距離的測量時，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

21、啟動定時器進行計數(shù)。首先由超聲波發(fā)射探頭向倒車的方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波在空氣中傳播的途中一旦遇到障礙物后就會被反射回來，當接收探頭收到反射波后就會給負脈沖到單片機使其立刻停止計時。這樣，定時器就能夠準確的記錄下了超聲波發(fā)射點至障礙物之間往返傳播所用的時間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=340t/2=170t 因為單片機內(nèi)部定時器的計時實際上就是對機器周期T的計數(shù)，而本設(shè)計中時鐘頻率fosc取12 MHz，設(shè)計數(shù)值N，則： T12/fosc=1s t=NTN0.000001（s） S170NT170N/

22、1000000（m） 在程序中按式S170NT170N/1000000計算距離。本設(shè)計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(nib)結(jié)構(gòu)圖3.3 1602液晶(yjng)顯示屏1602液晶模塊，顯示屏是藍色背光(bigung)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14腳的LCD完全一樣，引腳定義如下圖5所示： 圖5 1602液晶(yjng)顯示屏引腳定義圖HD44780內(nèi)置了DDRAM、CGROM和CGRAM。DDRAM就是顯示(xin

23、sh)數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符(z f)代碼。圖6 液晶(yjng)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，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使他基本上不會損壞。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行設(shè)計的，但是當接入適當?shù)耐饨悠骷螅湍塬@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(dinj)驅(qū)動模塊L298N是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進電機專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號，可用于計算機控制的兩相雙極和四相

24、單相步進電機，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式(fngsh)控制步進電機。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進電機繞組中的電機繞組中的電流。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，全部信號的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道(xn do)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H-Bridge 的高

25、電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準 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， 但在本驅(qū)動電路中用L297 HYPERLINK / 來提供時序信號，節(jié)省了單片機IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖9 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測用電阻連 接來控制負載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個步進電機；input1input4 輸入控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機停轉(zhuǎn)。 HYPERLINK /d/file/ad/PCB/2009-06-

26、11/98a2e2c9713564232939d7ce67fe33ba.jpg 圖8 L298N原理圖3.6 小車(xioch)骨架(gji)被設(shè)計為4WD測速小車，外觀更美，結(jié)構(gòu)合理。搭配相關(guān)模塊，可以完美實現(xiàn)尋跡(xn j)，避障，測速，走迷宮，搬運，遙控等功能。材料：進口亞克力板，強度高（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：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單片機控制板，電機驅(qū)動模塊、尋跡模塊、避障模塊，測速模塊等傳感器孔位，方便進行組裝和擴展。圖10 小車骨架圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計采用的是模塊

27、化的思路來進行設(shè)計和編寫程序，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。主程序完成單片機的子程序調(diào)用以完成所需功能，頭文件程序主要實現(xiàn)具體的超聲波的發(fā)射和接收、計算超聲波發(fā)射點與障礙物之間的距離、液晶屏顯示和電機運動等。系統(tǒng)程序設(shè)計的主要的功能是發(fā)射超聲波、接受超聲波、計算測量距離、數(shù)據(jù)計算、電機運動和液晶屏顯示。4.1 主程序設(shè)計(shj)整個系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵是對距離進行測量的，然后通過單片機來處理測量數(shù)據(jù)是比較容易實現(xiàn)的，能精確的實現(xiàn)測距。在測距中，各種信號包括溫度對聲速的影響都將干擾(gnro)到測距的準確性，其中超聲波的余波信號對整個設(shè)計中測距的精確度的干擾的影響比較大。超聲

28、波接收回路中的超聲波信號一共有兩種波信號：第一種波信號為余波信號就是當發(fā)射探頭發(fā)射出信號之后，超聲波接收探頭馬上就接收到的超聲波信號，實際就是超聲波的發(fā)射信號；另一種波信號就是有效信號，即經(jīng)過障礙物表面反射回來的超聲波回波信號，也是所需要測量的距離數(shù)值。 在進行超聲波測距時，實際上測距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號開始到接收到信號的聲波的往返時間差，然后通過數(shù)據(jù)計算出距離，對于(duy)回波信號需要進行檢測的有效信號是反射物體反射的回波信號，所以要盡量避免在檢測時候檢測到余波信號。余波就是在發(fā)射超聲波時超聲波信號直接到達接受探頭的波信號，同時余波信號也是超聲波測量時存在測量盲區(qū)的最主要

29、的原因。所需頭文件聲明實現(xiàn)電機運行測量距離并轉(zhuǎn)換對所得到的距離進行顯示圖11 主程序設(shè)計4.2 定義(dngy)延時程序(chngx)頭文件包括(boku)兩個種類的延時子程序，一個是毫秒級的延時程序，另一個是微秒級的延時程序。均為通過設(shè)計內(nèi)外循環(huán)和變量的值來構(gòu)成不同時間的延時。 圖12 延時程序4.3 電機運動控制模塊L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，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H

30、-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準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，但在本驅(qū)動電路中用L297 HYPERLINK / 來提供時序信號，節(jié)省了單片機IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖9 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測用電阻連 接來控制負載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個步進電機；input1input4 輸入控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機停轉(zhuǎn)。 圖13 電機(dinj)設(shè)計(shj)4.4 液晶

31、屏顯示(xinsh)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。 圖14 液晶屏顯示設(shè)計 HYPERLINK /d/file/ad/PCB/2009-06-11/98a2e2c9713564232939d7ce67fe33ba.jpg 4.5 測距模塊(m kui)在進行超聲波測距時，實際上測距就是記錄從超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波信號開始到接收到信號的聲波的往返時間差，然后通過數(shù)據(jù)計算出距離，對于回波信號需要進行檢

32、測的有效信號是反射物體反射的回波信號，所以要盡量避免在檢測時候檢測到余波信號。余波就是在發(fā)射超聲波時超聲波信號直接到達接受探頭的波信號，同時余波信號也是超聲波測量時存在測量盲區(qū)的最主要(zhyo)的原因。 超聲波接收(jishu)電路在接收到超聲波回波后，通過CX20106A電路進行檢波整形比較，并向單片機發(fā)出有效信號，單片機通過外部中斷的改變記錄回波信號的到達時間，中斷發(fā)生之后就是表示已經(jīng)接收到了回波信號，這個時候停止計時，并且讀取計數(shù)器中的數(shù)值，這個數(shù)值就是需要進行測量的時間差的數(shù)據(jù)。程序(chngx)中對測距距離的計算方法是按S=17N/1000=0.017N(cm)進行計算(j sun

33、)的，其中，N為計數(shù)器的值，聲速的值取為340 m/s。 圖15 測距模塊(m kui)設(shè)計5.總結(jié)本設(shè)計介紹的是基于單片機的智能信號聲波測距小車的設(shè)計，文中給出了具體的系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計思路方案。而超聲波測距模塊是設(shè)計中的關(guān)鍵模塊，本設(shè)計中測距顯示模塊采用的是單片機1602液晶屏進行顯示的。設(shè)計的程序是利用Keil編程軟件來完成的，程序所用的語言是C語言。本設(shè)計所設(shè)計的智能信號聲波測距小車的測距精度能達到0.3 cm的精度，而且測距盲區(qū)僅僅只有2 cm，能夠很好的進行距離的測量，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，測距的范圍可以在2 cm5 m之間，測距穩(wěn)定，可以達到設(shè)

34、計要求。參 考 文 獻1 鞠永勝. 基于嵌入式系統(tǒng)汽車倒車雷達的設(shè)計(shj)與實現(xiàn)D. 山東(shn dn)：山東大學(xué)，2010.2 張國熊. 測控(c kn)電路M. 北京：機械工業(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. 凌陽單片機原理及其畢業(yè)設(shè)計精選M. 科學(xué)出版社，2006.5 李建忠. 單片機原理及應(yīng)用M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008. 6 霍孟友等. 單片機原理與應(yīng)用M. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.7 劉洪恩. 汽車倒車防撞超聲波雷達的設(shè)計J. 儀表技術(shù)，2004，15（04）：5560.8 李朝青. 單

35、片機原理及接口技術(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，涂時亮. 單片機微型機原理、應(yīng)用與實驗M. 上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1992.11 陸冬妹. 基于溫度補償?shù)某暡ǖ管嚋y距系統(tǒng)的設(shè)計J. 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2011，27（2）.12 劉典文等. 基于單片機STC89C51設(shè)計的超聲波測距儀J. 中國新技術(shù)信產(chǎn)品，2010，8：1617.13 Vizimuller. RF design guide-systems, circuits, and equations M. Boston

36、：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(qch)防撞雷達系統(tǒng)設(shè)計J. 機電工程技術(shù)，2011，10(4)：4951.附錄(fl)A：附錄(fl)B：主程序：#include #include wendu.h#include delay.h#include yejing.h #include dianji.h#include ceju.h void

37、main()PWM();yejing_init();ceju_init();zhengzhuan();delay(1000);zuozhuan();delay(1000);zhengzhuan();delay(1000);zuozhuan();delay(1000);zhidong();while(1)ceju();delay(5); 延時模塊(m kui)自定義(dngy)的頭文件：#ifndef _DEALAY_H_#define _DEALAY_H_#define uchar unsigned char #define uint unsigned intvoid delay(unsign

38、ed int i)/延遲(ynch)I毫秒unsigned int x,y;for(x=i;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void delayus(unsigned int a)/延遲a微妙while(a-);void delay_20us()uint i;for(i=100;i100;i+); #endif 電機(dinj)運行(ynxng)模塊自定義(dngy)的頭文件：#ifndef _DIANJI_H_#define _DIANJI_H_#include #include delay.hsbit ENA1=P20;sbit ENB1=P21;sbit ENA2=P26;

39、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=0 x11; /使用定時器0用于電機模塊，使用定時器1用于超聲波測距模塊TH0=0XFF;TL0=0XF7;EA=1;ET0=1;TR0=1;void tim0() interrupt 1TR0=0;TH0=(65535-400)/256;TL0=(65535-400)%256;TR0

40、=1;time+;if(time=100)time=0;if(time=0) /若設(shè)time的數(shù)小于等于(dngy)x，則占空比為（100-x）a=0;elsea=1;ENA1=a;ENA2=a;ENB1=a;ENB2=a;void zhengzhuan() /電機(dinj)正轉(zhuǎn)IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;IN5=0;IN6=1;IN7=0;IN8=1;void fanzhuan() /電機(dinj)反轉(zhuǎn)IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;IN5=1;IN6=0;IN7=1;IN8=0;void zuozhuan() /電機(dinj)左轉(zhuǎn)IN1=0;IN2

41、=1;IN3=0;IN4=1;IN5=1;IN6=1;IN7=1;IN8=1;void youzhuan() /電機(dinj)右轉(zhuǎn)IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=0;IN5=0;IN6=1;IN7=0;IN8=1;void zhidong() /電機(dinj)制動IN1=1;IN2=1;IN3=1;IN4=1;IN5=1;IN6=1;IN7=1;IN8=1;#endif 液晶(yjng)顯示屏模塊(m kui)自定義的頭文件：/*液晶顯示 RS=P23 RW=P24 LCDEN=P25*/#ifndef _YEJING_H_#define _YEJING_H_#include #include delay.hsbit 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u