智能超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)1

智能超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)1智能超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)1智能超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)1智能超聲波測(cè)距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)1編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）智能超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)姓名：徐樂(lè)學(xué)號(hào)：14學(xué)院：工學(xué)院專業(yè)/屆別：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)/2013屆指導(dǎo)教師：白龍職稱：講師表1牡丹江師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）選題論證報(bào)告姓名徐樂(lè)專業(yè)/年級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)/2009題目智能超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)選題的目的和意義隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的廣泛普及，對(duì)信息資源和信息活動(dòng)的有效管理及利用日益成為提高各種工作效率的重要手段。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文提出的方法的正確性和有效性,并能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀,在實(shí)際測(cè)量中,能達(dá)到很高的使用精度,實(shí)現(xiàn)了非接觸、低功耗、免維護(hù)、性價(jià)比高等特點(diǎn),是一款有很好市場(chǎng)前景的智能式測(cè)距儀。研究?jī)?nèi)容與方法主要研究?jī)?nèi)容：本設(shè)計(jì)采用以STC8952單片機(jī)為核心的低成本、微型化液晶顯示和語(yǔ)音播報(bào)超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序的模塊組成。分析方法:分析實(shí)踐法:根據(jù)文獻(xiàn)資料了解研究對(duì)象，分析整個(gè)系統(tǒng)的需求，科學(xué)進(jìn)行實(shí)踐配置。數(shù)據(jù)辯證法:通過(guò)實(shí)際操作,記錄運(yùn)行過(guò)程中的錯(cuò)誤,進(jìn)行研究辯證。研究進(jìn)度安排1、選擇論文題目：2012年10月；2、確定論文提綱，查閱資料：2012年11月—2012年12月；3、形成初稿：2012年12月—2013年2月；4、形成修訂稿：2013年2月—2013年3月；5、形成論文定稿：2013年4月。指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師（簽名）：年月日開題報(bào)告專家論證意見：專家組長(zhǎng)（簽名）：年月日摘要本設(shè)計(jì)采用以STC8952單片機(jī)為核心的低成本、微型化液晶顯示和語(yǔ)音播報(bào)超聲波測(cè)距儀的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法。整個(gè)電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主程序、預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序的模塊組成。各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距儀的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體的方案，最后通過(guò)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。相關(guān)部分附有硬件電路、程序流程圖。關(guān)鍵詞：stc8925；微型化液晶顯示；語(yǔ)音播報(bào)超聲波；設(shè)計(jì)AbstractThisdesignadoptstheSTC8952single-chipmicrocomputerasthecoreoflowcost,miniaturization,liquidcrystaldisplayandspeechbroadcasthardwarecircuitandsoftwaredesignmethodofultrasonicrangefinder.ThewholecircuitUSESmodulardesign,themainprogram,thepresetsubroutine,launchsubroutines,receivesubroutineanddisplaysubroutinemodules.TheprobesignalbySCMcomprehensiveanalysisprocessing,realizethefunctionsofultrasonicrangefinder.Onthebasisoftheoverallschemeofthesystemisdesigned,finally,realizedthefunctionofhardwareandsoftwaremodules.Relevantpartswithhardwarecircuit,programflowchart.Keywords:stc8925；MiniaturizationLCDdisplay;Speechultrasound;design目錄TOC\o"1-3"\p""\h\z\u1引言 12.設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及組織形式 2設(shè)計(jì)要求 2設(shè)計(jì)內(nèi)容 2工作原理 2組織形式 4設(shè)計(jì)軟、硬件方案 43超聲波的發(fā)射電路及電路原理 5發(fā)射電路 5顯示電路原理 5超聲波監(jiān)測(cè)接收電路 6語(yǔ)音轉(zhuǎn)換輸出電路 74軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及源代碼 8軟件流程圖 8程序源代碼 85.設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 236.總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 251引言利用STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距。通過(guò)超聲波放射裝置發(fā)射超聲波遇物體反射回來(lái)再由接收裝置接收處理。利用聲波在空氣中的傳輸速度和整個(gè)收發(fā)延時(shí)計(jì)算出距離。為了滿足智能化、無(wú)接觸距離測(cè)量要求,自主研制了一種性價(jià)比高、體積小的智能超聲波測(cè)距儀,該測(cè)距儀以STC89C52單片機(jī)為控制核心,本文給出其具體實(shí)現(xiàn)方案。本文設(shè)計(jì)的一種超聲波測(cè)距儀,其最大特點(diǎn)是測(cè)量的液面與感應(yīng)元件之間非接觸。超聲波是指頻率大于20KHz,并且能夠在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性機(jī)械波,超聲波方向性較好,經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)可定向的發(fā)射,遇到界面時(shí)將發(fā)生反射、折射以及波形的改變,超聲波在空氣中的傳播速度為334m/s(常溫下)。利用超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),這些好的物理特性進(jìn)行設(shè)計(jì),使得超聲波在測(cè)距中的靈活性、精確度大幅提高。2.設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及組織形式設(shè)計(jì)要求（1）學(xué)會(huì)焊接單片機(jī)系統(tǒng)板和驅(qū)動(dòng)板并且連接驅(qū)動(dòng)板與系統(tǒng)板間的連線。（2）用超聲波測(cè)離障礙物的距離，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理判斷是否是安全范圍根據(jù)距離的長(zhǎng)短分為安全、注意、危險(xiǎn)。（3）每采集一次信號(hào)LED燈閃爍一次表示采集成功。（4）把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理用12864液晶顯示器顯示出來(lái)，和語(yǔ)音模塊處理用耳機(jī)輸出提示距離情況。設(shè)計(jì)內(nèi)容本文所設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距儀主要由AT89C52單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路。首先由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生晶振，由超聲破發(fā)射探頭發(fā)送出去，在遇到障礙物反射回來(lái)時(shí)由超聲破接收探頭檢測(cè)到信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波、放大、整形之后送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果輸出到液晶顯示屏上。工作原理聲波在介質(zhì)中傳播被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體擋住時(shí)即會(huì)發(fā)生反射;反射波被稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是提前知道的,而且聲波從聲音的發(fā)生源到達(dá)目標(biāo),而返回聲源的時(shí)間可以通過(guò)測(cè)量得到,那么就可以計(jì)算出從聲波到目標(biāo)地距離。這就是本設(shè)計(jì)的測(cè)量原理,見式（2-1）:L=?vt(2-1)上式中,L為待測(cè)距離,v(m/s)為超聲波在空氣中的速度,t為往返時(shí)間。由于超聲波在空氣中的傳播速度與溫度T(單位:攝氏度)有如下關(guān)系，見式（2-2）v=+(2-2)在平常溫度下,溫度每當(dāng)變化1攝氏度,超聲波的速度變化s。所以可以通過(guò)測(cè)溫電路測(cè)量出當(dāng)前溫度,計(jì)算出超聲波在當(dāng)前溫度下的傳輸速度。通常聲速隨溫度的變化會(huì)比較大,因此產(chǎn)生的測(cè)量誤差也會(huì)比較大,所以若是所在環(huán)境中溫度變化較大的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量時(shí),需要考慮聲速補(bǔ)償?shù)貑?wèn)題。時(shí)間t可以通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)的方法間接測(cè)量,相當(dāng)于將時(shí)間轉(zhuǎn)化為對(duì)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)N的測(cè)量,假設(shè)計(jì)數(shù)脈沖的頻率為f,則公式(1)可寫成見式（2-3）L=Nv?f(2-3)電路原理圖如圖2-1所示：圖2-1超聲波測(cè)距驅(qū)動(dòng)板原理組織形式2.4.1設(shè)計(jì)軟、硬件方案（1)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先單片機(jī)發(fā)出振蕩頻率再整形再由超聲波發(fā)射器發(fā)出出超聲波經(jīng)物體反射回來(lái)。接收器接收超聲波信號(hào)再放大整形傳入門控電路。單片機(jī)處理再顯示輸出。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2-2所示：圖2-2硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3超聲波的發(fā)射電路及電路原理發(fā)射電路超聲波的發(fā)射電路原理圖如下所示。發(fā)生電路主要是由反相器74HC04和超聲波的換能器T構(gòu)成，單片機(jī)端口輸出40KHZ方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反相器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)的反相器后送到超聲波換能的另一個(gè)電極。通過(guò)這種推挽形式將方波的信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端則采用兩個(gè)反相器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力的上拉電阻R1、R2一方面則可以提高反相器74HC04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以加強(qiáng)超聲波換能的阻尼效果縮短振蕩的時(shí)間。超聲波發(fā)射的電路如圖3-1所示：圖3-1超聲波發(fā)射電路顯示電路原理通過(guò)單片機(jī)的——、RST、——、X1、X2、GND與跳線帽連接控制液晶顯示器的顯示。12864液晶顯示器可顯示32個(gè)漢字或64個(gè)字母可滿足要求輸出的內(nèi)容。顯示電路的原理圖如圖3-2所示：圖3-2顯示電路原理圖3.2.1超聲波監(jiān)測(cè)接收電路集成電路CX20103A是一種紅外線檢波接收的專用芯片，常用在電視紅外遙控接收器上。本設(shè)計(jì)利用它制作超聲波接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波具有很高的靈敏度和較高的抗干擾能力。超聲波監(jiān)測(cè)接收電路如圖3-3所示：圖3-3超聲波監(jiān)測(cè)接收電路3.2.2語(yǔ)音轉(zhuǎn)換輸出電路由單片機(jī)引腳為語(yǔ)音芯片WT558D-16提供數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)處理輸出音頻信號(hào)。語(yǔ)音轉(zhuǎn)換輸出電路如圖3-4所示：圖3-4語(yǔ)音轉(zhuǎn)換輸出電路圖4軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及源代碼軟件流程圖軟件流程圖如圖4-1所示：圖4-1軟件流程圖程序源代碼程序源代碼如下：/***************************************函數(shù)名：floatDistance_count()功能：距離計(jì)算函數(shù)****************************************/floatDistance_count(){ floattemp; temp=high_time*256+low_time; temp=(temp*10/9216)/2; temp*=speed; returntemp;}/***************************************函數(shù)名：voidtran()，voidtran1()，voidtran2()功能：超聲波的發(fā)射****************************************/voidtran(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=4;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(ulong)distance; flag=0; } elsedis=0;}voidtran1(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=8;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(30); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0;} elsedis=0;}voidtran2(){ uchari; TH0=0; TL0=0; TR0=1; for(i=16;i>0;i--) { csb=!csb; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; nop; } csb=1; delay_ms(2); EX1=1; delay_ms(40); if(flag==1) { distance=Distance_count(); dis=(unsignedlong)distance; flag=0; } elsedis=0;}/***************************************函數(shù)名：voiddis_all(ulongdis_s)功能：控制LED指示燈和語(yǔ)音播報(bào)****************************************/voiddis_all(ulongdis_s){ show(dis_s); if(dis_s>2000) { show_one(DIS4,2); if(flag_2!=1) { send_oneline(12);0c計(jì)進(jìn)度安排第一階段主要是對(duì)通用單片機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)板及驅(qū)動(dòng)板有所了解與認(rèn)識(shí)。第二階段對(duì)系統(tǒng)集成板及驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行焊接。第三階段完成軟、硬件設(shè)計(jì)方案，完成智能超聲波測(cè)距課程設(shè)計(jì)。第四階段對(duì)完成智能超聲波測(cè)距課程設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試及調(diào)試。第五階段對(duì)智能超聲波測(cè)距系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行答辯6.總結(jié)本次設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)了單片機(jī)的一些實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。我們廣泛借鑒了各種實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮了整個(gè)設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。包括產(chǎn)生40KHZ的方波，在接收電路中，對(duì)所接收方波進(jìn)行濾波、放大、整形等步驟。在我們?yōu)槠谝恢艿脑O(shè)計(jì)中，我們用到了以前學(xué)到的很多知識(shí)，比如電工、單片機(jī)、和C語(yǔ)言等。這使我意到，任何一件產(chǎn)品的產(chǎn)生，都不是單一知識(shí)所能實(shí)現(xiàn)的。而且在電路板焊接過(guò)程中，出現(xiàn)一些意想不到的錯(cuò)誤，這讓我措手不及，有些其實(shí)很容易避免。但這讓我受益匪淺。總之，在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中走了很多彎路，但還是學(xué)到了不少知識(shí)。了解了超聲波傳感器的原理，學(xué)會(huì)了電路板焊接技能、和各種電路的設(shè)計(jì)與分析。動(dòng)手能力與自學(xué)能力得到了鍛煉與提高。理論總是不開實(shí)踐的，設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，盲目的追求理論知識(shí)根本不足以解決任何問(wèn)題，一味的死研究課本是不會(huì)真正掌握單片機(jī)的。只有實(shí)際去真正動(dòng)手做才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，提高自身能力。參考文獻(xiàn)[1]黃智偉、王彥等。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程。北京：電子工業(yè)出版社，2005年[2]楊素行。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程。北京：高等教育出版社，2001年[3]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)（第三版）。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1990年[4]全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)。第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（2001）。北京：北京理工大學(xué)出版社，2003年[5]劉海成等。MCU-DSP型單片機(jī)原理與應(yīng)用-基于凌陽(yáng)位單片機(jī)。北京：北京航天航空大學(xué)出版社，[6].童峰，許水源，許天增，一種高精度超聲波測(cè)距處理方法，廈門大學(xué)學(xué)報(bào)1998年第4期[7]李忠杰，數(shù)字式超聲波位移測(cè)量?jī)x的研究，《儀器儀表與裝置》，1999年第三期[8]林理忠，宋敏.微弱信號(hào)檢測(cè)學(xué)導(dǎo)論，北京:中國(guó)計(jì)量出版社，1996年[9]閻福旺，凌青，李經(jīng)德.現(xiàn)代聲納技術(shù).海洋出版社，1998年[10]RangwalaS,DornfeldDA.SensorIntegrationUsingNeuralNetworksforIntelligentToolConditionMonitoring.TransofASME,JournalofEngineeringforIndustry.1990.112(8:219～228)[11]DimlaDE,ListerJRPM,LeightonNJ.Networksolutionstothetoolconditioinmonitoringprobleminmetalcutting-Acriticalreview