畢業(yè)設(shè)計-超聲波倒車雷達

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　專業(yè) 電子工藝與管理</p><p>　　年級 XXX班級 一班</p><p>　　姓名 XXX 學(xué)號 XXX</p><p><b>　　超聲波倒車雷達</b></p><p><b>　

2、　摘 要</b></p><p>　　倒車雷達又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制

3、下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒 車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。倒車雷達的提示方式可分為液晶、語言和聲音三種；接收方式有無線傳輸和有線傳輸?shù)?。本方案采用語音提示的方式，本文介紹了以SPCE061A單片機為核心的一種低成本、高精度、微型化，并有數(shù)字顯示和聲光報警功能的倒車雷達

4、系統(tǒng)。利用SPCE061A 單片機所具備的單芯片語音功能，外接三個超聲波測距模組，組成一個示例的倒車雷達系統(tǒng)，語音提示報警（0.35m~1.5m）范圍內(nèi)的障礙物。</p><p>　　關(guān)鍵詞：倒車雷達 超聲波 單片機SPCE061A </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 前言……………………………

5、………………………………………1</p><p>　　第2章 實現(xiàn)功能……………………………………………………………… 2</p><p>　　第3章 核心器件簡介……………………………………………………………3</p><p>　　3.1 SPCE061A ……………………………………………………………………………3</p><p>

6、　　3.1.1 SPCE061A簡介 ……………………………………………………………… 4</p><p>　　3.1.2 芯片特性 …………………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2 SPCE061A精簡開發(fā)板 …………………………………………………………4</p><p>　　3.3 超聲波測距模組 …………………………

7、……………………………………5</p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)接板 …………………………………………………………………………9</p><p>　　第4章 系統(tǒng)總體方案…………………………………………………………11</p><p>　　第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計…………………………………………………………12</p><p>　　5.1

8、SPCE061A精簡開發(fā)板電路原理 ……………………………………………12</p><p>　　5.1.1 SPCE061最小系統(tǒng) …………………………………………………………12</p><p>　　5.1.2 電源模板 ………………………………………………………………… 12</p><p>　　5.1.3 放音模板 …………………………………………………

9、………… 13</p><p>　　5.2 超聲波測距模組電路原理 ……………………………………………………13</p><p>　　5.2.1 超聲波諧振頻率發(fā)生電路、調(diào)理電路……………………………………13</p><p>　　5.2.2 超聲波回波接受處理電路 ………………………………………………14</p><p>　　5.

10、2.3 超聲波測距模組電源接口 ………………………………………………14</p><p>　　5.2.4 超聲波測距模式選擇跳線 ………………………………………………15</p><p>　　5.2.5 超聲波測距模組接口……………………………………………………15</p><p>　　5.3 轉(zhuǎn)接板電路………………………………………………………………

11、………15</p><p>　　5.4 顯示電路 ……………………………………………………………………16</p><p>　　第6章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 …………………………………………………………17</p><p>　　6.1 超聲波測距原理……………………………………………………………………17</p><p>　　6.2 軟件結(jié)構(gòu)

12、……………………………………………………………………………18</p><p>　　6.3 各模塊程序說明……………………………………………………………………18</p><p>　　6.3.1 超聲波測距程序 ……………………………………………………………18</p><p>　　6.3.2 語音播放程序 ………………………………………………………………22

13、</p><p>　　6.3.3 顯示刷新程序 …………………………………………………………23</p><p>　　6.3.4 主程序………………………………………………………………25</p><p>　　第7章 連接與操作說明 ………………………………………………………26</p><p>　　參考文獻 …………………………………

14、………………………………… 29</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………… 30</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　倒車雷達又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起

15、的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。 </p><p>　　一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從

16、而使駕駛者倒 車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。</p><p>　　倒車雷達的提示方式可分為液晶、語言和聲音三種；接收方式有無線傳輸和有線傳輸?shù)?。本方案采用語音提示的方式，利用SPCE061A 單片機所具備的單芯片語音功能，外接三個超聲波測距模組，組成一個示例的倒車雷達系統(tǒng)，語音提示報警（0.35m~1.5m）范圍內(nèi)的障礙物。</p><p><b>　　第二章 實現(xiàn)功能&

17、lt;/b></p><p>　　利用SPCE061A單片機、三個超聲波測距模組實現(xiàn)超聲波倒車雷達，要求具有下述功能： </p><p>　　1.可以語音提示模組探測范圍內(nèi)（0.35m~1.5m）的障礙物； </p><p>　　2.語音提示可指明哪一個方向（或區(qū)域）有障礙物在探測范圍內(nèi)； </p><p>　　3.利用三個LED發(fā)光二

18、極管表示三個傳感器探測范圍內(nèi)是否有障礙物，當(dāng)在探測范圍內(nèi)有障礙物時，發(fā)光二極管以一定頻率閃爍，閃爍的頻率以距離定，距離越近頻率越高。</p><p>　　本方案要求所有的語音資源、程序代碼都存放在一顆SPCE061A片內(nèi)Flash當(dāng)中；當(dāng)語音播報時，如檢測到左后方有障礙物，則用語音播放：“左后方”，如右后方有障礙物，則語音播方“右后方”；當(dāng)檢查到中間的傳感器探測范圍內(nèi)有障礙特時，語音播放：“后方”。而連續(xù)播放提示

19、的間隔，要大于或等于3秒，以免過于頻繁的播報語音。</p><p>　　第三章 核心器件簡介</p><p>　　本系統(tǒng)采用SPCE061A單片機作為主控制器，傳感器模塊采用凌陽大學(xué)計劃的“超聲波測距模組”。另外，為了使這三個傳感器模塊能夠組合在一起，并且可靠的工作，還需要一個轉(zhuǎn)接板，可以利用4052模擬開關(guān)器件制作； 需要外接三個發(fā)光二極管。下面分別介紹這些模塊的特性。</p&g

20、t;<p>　　3.1 SPCE061芯片特性</p><p>　　3.1.1 SPCE061簡介</p><p>　　SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款十六位單片機，具有易學(xué)易用、效率較高的一套指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標(biāo)準(zhǔn)C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調(diào)用，并且，提供了語音錄放和語音識別的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就會很

21、容易完成語音錄放，這些都為軟件開發(fā)提供了方便的條件： </p><p>　　SPCE061A片內(nèi)還集成了一個ICE（在線仿真電路）接口，使得對該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件資源，結(jié)合凌陽科技提供的集成開發(fā)環(huán)境（unSP IDE），用戶可以利用它對芯片進行真實的仿真；而程序的下載（燒寫）也是通過該接口實現(xiàn)。 </p><p>　　下圖為SPCE061A單片機

22、的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖3.1 SPCE061內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.1.2 芯片特性</p><p>　　.. 16位μ’nSP微處理器； </p><p>　　.. 工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0~3.6V(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD~5.5V(I/O)； </p><

23、p>　　.. CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz； </p><p>　　.. 內(nèi)置2K字SRAM； </p><p>　　.. 內(nèi)置32K閃存ROM； </p><p>　　.. 可編程音頻處理； </p><p>　　.. 晶體振蕩器； </p><p>　　.. 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止

24、狀態(tài))，耗電小于2μA@3.6V； </p><p>　　.. 2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)； </p><p>　　.. 2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； </p><p>　　.. 32位通用可編程輸入/輸出端口； </p><p>　　.. 14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，

25、鍵喚醒； </p><p>　　.. 具備觸鍵喚醒的功能； </p><p>　　.. 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； </p><p>　　.. 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； </p><p>　　.. 32768Hz實時時鐘； </p><p>　　..

26、 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； </p><p>　　.. 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能； </p><p>　　.. 具備串行設(shè)備接口； </p><p>　　.. 低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； </p><p>　　.. 內(nèi)置在線仿真(ICE

27、，In- Circuit Emulator)接口。</p><p>　　3.2 SPCE061A精簡開發(fā)板</p><p>　　SPCE061A精簡開發(fā)板（簡稱61板），是以凌陽16位單片機SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實驗板，大小相當(dāng)于一張撲克牌，是“凌陽科技大學(xué)計劃”專為大學(xué)生、電子愛好者等進行電子實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電子制作及電子競賽所設(shè)計的，也可作為單片機項目初期

28、研發(fā)使用。61板除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外，還包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，采用電池供電，方便學(xué)生隨身攜帶?。?！使學(xué)生在掌握軟件的同時，熟悉單片機硬件的設(shè)計制作，鍛煉學(xué)生的動手能力，也為單片機學(xué)習(xí)者和開發(fā)者創(chuàng)造了一個良好的學(xué)習(xí)條件和開發(fā)新產(chǎn)品的機會！61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器、簡易下載線，配合unSP IDE，可

29、方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。61板上的主要功能模塊如下： </p><p>　　.. SPCE061A單片機最小系統(tǒng)外圍電路模塊； </p><p>　　.. 電源輸入模塊； </p><p>　　.. 音頻電路（包含MIC輸入、DAC音頻功放輸出）模塊； </p><p><b>　　.. 按鍵模塊； </b&

30、gt;</p><p>　　.. I/O端口接口模塊； </p><p>　　.. 調(diào)試、下載接口模塊；</p><p>　　下圖為61板的實物圖</p><p>　　圖3.2 61板實物圖</p><p>　　3.3 超聲波測距模組</p><p>　　超聲波測距模組是為方便學(xué)生進行單片機

31、接口方面的學(xué)習(xí)專門設(shè)計的模塊，超聲波測距模組可以方便地和61板連接，可應(yīng)用在小距離測距、機器人檢測、障礙物檢測等方面，可用于驗證方車輛倒車雷達以及家居安防系統(tǒng)等應(yīng)用方案驗證。下圖 3.3為超聲波測距模組的結(jié)構(gòu)框圖： </p><p>　　圖３.３ 超聲波測距模組結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　主要功能: </b></p><p>　　三種

32、測距模式選擇跳線J1（短距、中距、可調(diào)距）： </p><p>　　1. 短距：10cm~80cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定）； </p><p>　　2. 中距：80cm~400cm左右（根據(jù)被測物表面材料決定）； </p><p>　　3. 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定；</p><p><b>　　使用方法： </b&g

33、t;</p><p>　　一般應(yīng)用時，只需要用10PIN排線把J8與SPCE061A的IOB低八位接口接起來，同時設(shè)置好J7、J1、J2跳線就完成硬件的連接了。不同測距模式的選擇只需改變測距模式跳線J1的連接方法即可。提供給模組的電源必須在4.5V以上，而且盡量保持電源電壓的穩(wěn)定。模組工作的性能與被測物表面材料有很大關(guān)系，如毛料、布料對超聲波的反射率很小，會嚴重影響測量結(jié)果。</p><p&g

34、t;<b>　　電源輸入:</b></p><p>　　模組提供了兩種電源輸入方式，一為用61板通過10PIN排線為模組供電（61板上J5選擇5V要求最好不要低于4.5V），此時要把J9跳到5V的一端；另一為直接為模組供電，通過模組上的電源輸入口J7引入，此時需要把J9跳線跳到IN的一端。外接電源僅是為了給模組提高超聲波發(fā)射功率、提高后級運放性能用，最高不要超過12V。 </p>

35、<p>　　模組外接電源接口（J7）以及供電方式選擇跳線（J9）如圖 3.4所示：</p><p>　　圖３.４ 模組外接電源接口及供電方式選擇跳線</p><p><b>　　測距模式選擇:</b></p><p>　　聲波測距時，超存在余波干擾問題，所以針對不同測距范圍會有不同的處理方法。模組提供了測距模式選擇跳線（J1），

36、可以選擇短距測量模式、中距測量模式，或距離可調(diào)模式。而針對前兩種測量模式，提供了不同參數(shù)的范例程序，跳線選擇不同的模式時，要選用相對應(yīng)的程序進行測量；跳線選擇LOW時為近距測量模式，選擇HIG時為中距測量例程，選擇SET時為距離可調(diào)模式；凌陽科技大學(xué)計劃網(wǎng)站上提供了短距測量模式和中距測量模式的完整源程序。 </p><p>　　如果用戶對超聲波測量原理有較深的了解，可以選用距離可調(diào)（SET）模式。模組測距模式（測

37、量距離范圍）選擇跳線J1如圖 3.5所示： </p><p>　　圖３.５ 模組測距模式選擇跳線</p><p><b>　　使用方式： </b></p><p>　　使用時，用戶需把前面的電源輸入跳線J7、模式選擇跳線J1設(shè)置好后，還要把跳線J2短接起來，然后利用排線把J8與SPCE061A的IOB口低八位端口相接，即可使用了。使用時J2跳

38、線和J8跳線的連接方法如下圖 3.6所示：</p><p>　　圖3.6 J2跳線和J8接口的位置示意圖</p><p><b>　　3.4 轉(zhuǎn)接板</b></p><p>　　因為使用多組超聲波模組，本方案需要使用一塊CD4052模擬開關(guān)制作的轉(zhuǎn)接板。本方案設(shè)計，會涉及到多路傳感器選通控制，所以為了可靠地實現(xiàn)硬件的連接，需要制作一個利用模

39、擬開關(guān)設(shè)計的轉(zhuǎn)接板。超聲波測距模組在使用時，只需要兩個端口就可完成測距，一個控制超聲波的發(fā)射，一個是檢測超聲波信號的接收信號；而在超聲波測距模組中，這兩個信號都為數(shù)字信號，對模擬開關(guān)的要求并不嚴格，所以選用CD4052作為模擬開關(guān)器件。CD4052相當(dāng)于一個雙刀四擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A0、A1來決定。其真值表見下表?！?E”是禁止端，當(dāng)“/E”=1時，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另一個電源端VEE，以

40、作為電平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=－5V時，只要對此模擬開關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號。</p><p>　　CD4052的真值表</p><p><

41、b>　　，</b></p><p>　　圖3.7 CD4052的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.8 CD4052的引腳圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)總體方案介紹</p><p>　　本系統(tǒng)以SPCE061A為核心，使用凌陽科技教育推廣中心的61板，三個超聲波測距模組依次排布，組成線陣的傳感器陣列；另外，接有

42、轉(zhuǎn)接板、發(fā)光二極管顯示模塊。系統(tǒng)組成以下圖所示：</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SPCE061A單片機作為主控芯片，通過I/O端口來控制CD4052，以選擇不同的傳感器通道；本方案采用IOB0和IOB1控制CD4052的A0和A1，而IOB2作為檢測超聲波模組返回的信號，IOB3作為控制超聲波模組發(fā)射超聲波信號的使能控制端口。這樣通過CD4052的通道

43、切換，就可以利用較少的端口來完成多個模組的切換使用了。 </p><p>　　另外，超聲波測距模組采用的是脈沖測量法，其實是測量發(fā)射超聲波的時刻與接收到反射回波信號的時刻之間的時差，利用超聲波在空氣中傳播速度已知的條件，計算出被測目標(biāo)與傳感器之間的距離。而為了保證測量的可靠，檢測回波信號時，采用SPCE061A的外部中斷對回波的上升沿進行檢測，而且利用定時器B進行計時。在顯示控制方面，系統(tǒng)分別利用IOA8、IOA

44、9、IOA10三個端口控制三個發(fā)光二極管。 </p><p>　　第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　5.1 SPCE061A</p><p>　　5.1.1 SPCE061A</p><p>　　SPCE061A最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)

45、位電路（RESET）、指示燈（LED）等，如下圖所示。</p><p>　　圖5.1 SPCEA061A最小系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)，有關(guān)SPCE061A單片機最小系統(tǒng)的各個模塊都做在61板中，讀者可以查閱61板的電路原理圖。</p><p>　　5.1.2 電源模塊</p><p>　　SPCE061A的內(nèi)核供電為3.3V，而I

46、/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）中有一個端口電平選擇跳線，如圖中的J5，但是為了本系統(tǒng)可以可靠的工作，需要給61板外接5V的電源，并將61板的端口電平選擇為5V，即J5用跳線帽將V5和VDDH短接。</p><p>　　下圖為61板上的電源模塊圖。</p><p>　　圖5.2 電源模塊</p><p>　　由于本系統(tǒng)需要的端口高電平為

47、5V，所以圖 5.2當(dāng)中的J5跳線需要跳到1和2上。</p><p>　　5.1.3 放音模塊</p><p>　　語音提示。放音利用的是SPCE061A內(nèi)部的DAC，電路如圖 5.3所示。圖中的SPY0030是凌陽公司的產(chǎn)品。和LM386相比，SPY0030還是比較有優(yōu)勢的，比如LM386工作電壓需在4V以上，而SPY0030僅需2.4V (兩顆電池)即可工作；LM386輸出功率100

48、mW以下，SPY0030約700mW。其他特性請參考SPY0030的數(shù)據(jù)手冊。</p><p>　　圖5.3 放音模塊電路圖</p><p>　　5.2 超聲波測距模組電路原理</p><p>　　5.2.1 超聲波諧振頻率發(fā)生電路，調(diào)理電路</p><p>　　NE555和電容電阻組成的電路產(chǎn)生40KHz的方波，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧

49、振；而后面的CD4049則對40KHz頻率信號進行調(diào)理。PLUS_EN1是超聲波信號發(fā)射的使能控制端口，當(dāng)該端口接低電平時，模組將不能發(fā)射超聲波信號，即40KHz的方波。</p><p>　　圖5.4 超聲波諧振頻率發(fā)生電路、調(diào)理電路</p><p>　　5.2.2 超聲波回波接受處理電路</p><p>　　超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構(gòu)成10

50、000倍放大器，對接收信號進行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進行調(diào)整，比較電壓為LM311的3管腳處，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。在放大器與比較器之間用PNP三極管（8550）作為通路選擇，本方案需要將此通路選擇跳線短接上，即把J2短接，固定使三極管導(dǎo)通即可。</p><p>　　圖5.5 超聲波回波接受處理電路</p><p>　　5.2.3 超聲波

51、測距模組電源接口</p><p>　　J7為超聲波測距模組的外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J9為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調(diào)理電路供電電源。當(dāng)用戶使用61板為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接（本方案的用法）；而使用外部電源時</p><p>　　要把VCC與VCC_IN短接。</p><p

52、>　　圖5.6 外部單獨電源輸入接口及選擇跳線</p><p>　　5.2.4 超聲波測距模式選擇跳線</p><p>　　模組提供了測距模式選擇跳線J1，可以選擇短距測量模式、中距測量模式，或距離可調(diào)模式。跳線選擇LOW時為近距測量模式，選擇HIG時為中距測量模式；選擇SET時為距離可調(diào)模式。本方案采用可調(diào)方式，即選擇SET的模式，并將調(diào)節(jié)模組上的電位器，將比較電壓調(diào)至3.5~

53、3.2V（保證模組測距能在0.35~1.5M的范圍都能正常工作即可）。</p><p>　　圖5.7 測距模式選擇跳線</p><p>　　5.2.5 超聲波測距模組接口</p><p>　　本方案采用的三個超聲波測距模組都是利用其J8接口，每個模組接出兩個控制、檢測端口，然后會通過CD4052模擬開關(guān)進行選通，所以在實際使用當(dāng)中，是分時地對每一個模組進行操作。

54、超聲波測距模組的J8接口如所圖 5.8示；圖中的VCC_5在本方案當(dāng)中由61板供電，即5V。</p><p>　　圖5.8 超聲波測距模組接口</p><p>　　5.3 轉(zhuǎn)接板電路</p><p>　　前面已簡單介紹了轉(zhuǎn)接板的作用，這里介紹一下它的原理圖，如圖 5.9所示。</p><p>　　圖中J1直接與61板的J6相接，即與61板

55、的IOB口低八位接口相接，可知圖中的VDD為61板供電，即5V；而A0和A1分別接SPCE061A的IOB0和IOB1，以控制CD4052的兩個地址位，以控制通道的選通。IOB2接PLUS_B，作為回波信號的檢測輸入，不過經(jīng)過CD4052的選通，接到哪一個模組，由IOB0和IOB1的輸出決定；同樣COM_EN為超聲波測距模組的信號發(fā)射使能控制，接到SPCE061A的IOB3。CD4052的另外一端，接出COM_EN1/2/3分別接三個模

56、組的發(fā)射使能，另外還用三個10K的電阻下拉到地，以保證沒有選通的模組不會發(fā)射出超聲波信號。J2、J3、J4分別接三個超聲波測距模組的J8接口。</p><p>　　圖5.9 轉(zhuǎn)接板電路原理</p><p><b>　　5.4 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路較為簡單，直接使用三個I/O口控制三個發(fā)光二極管。如圖 5.10所示：

57、</p><p><b>　　圖5.10顯示電路</b></p><p>　　第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　6.1 超聲波測距原理</p><p>　　超聲波脈沖法測距原理： </p><p>　　聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長的目標(biāo)物體阻擋時就會發(fā)生反射

58、；反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標(biāo)然后返回聲源的時間可以測量得到，那么就可以計算出從聲波到目標(biāo)的距離。這就是本系統(tǒng)的測量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。 </p><p>　　假設(shè)室溫下聲波在空氣中的傳播速度是335.5m/s，測量得到的聲波從聲源到達目標(biāo)然后返回聲源的時間是t秒，距離d可以由下列公式計算：d=33550(cm/s)×t(s)

59、 </p><p>　　因為聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標(biāo)之間距離的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。</p><p>　　超聲波測距模組信號： </p><p>　　圖 6.1為超聲波模組上三極管Q1的集電極處測量的波形圖，此時J2跳線短接，使Q1始終導(dǎo)通；而傳感器距目標(biāo)面的距離為2米。</p><p>　　圖 6.1超聲波信號測量圖&l

60、t;/p><p>　　圖中的波形為示波器抓拍圖，1通道為Q1集電極測得波形，即上方的波形；通道2為發(fā)射端測得波形。 圖中可見，接收回路中測得的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束為余波信號，即超聲波接收頭在發(fā)射頭發(fā)射信號（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號，并持續(xù)一段時間。另一個波束為有效信號，即經(jīng)過被測物表面反射的回波信號。 </p><p>　　超聲波測距時，需要測的是開始發(fā)

61、射到接收到信號的時間差，在上圖中就可看出，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。 </p><p>　　軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號： </p><p>　　程序設(shè)計時需要采用脈沖測量法，由SPCE061A控制模組發(fā)生40KHz的脈沖信號，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少要12個完整的40KHz脈沖（程序中為20個左右

62、）。同時發(fā)射信號前要打開計數(shù)器，進行計時；等計時到達一定值后再開啟檢測回波信號，以避免余波信號的干擾。 </p><p>　　采用外部中斷對回波信號進行檢測（回波信號送到單片機的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號后，馬上讀取計數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為需要測量的時間差數(shù)據(jù)。為避免測量數(shù)據(jù)的誤差，程序中對測距數(shù)據(jù)的處理方法是：每進行一次測距，利用時基中斷測量4次，即取得4組數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到這一次測距值。</

63、p><p><b>　　6.2 軟件結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本方案的軟件系統(tǒng)主要包含下列模塊： </p><p>　　超聲波測距程序：負責(zé)超聲波測距的控制、結(jié)果計算等，另外有部分代碼在中斷服務(wù)程序中，主要碼在UserFunction.c以及IntDocument.c文件。 </p><p>　　語音播放程序：語音

64、播放控制，主要代碼在Speech.h，而語音中斷服務(wù)程序在isr.asm文件中，但為了使語音播放程序在初始化時不影響用戶的其它中斷，在isr.asm中還有一個中斷初始化程序。 </p><p>　　中斷程序：主要指IntDocument.c文件，包括超聲波測距的中斷服務(wù)代碼，以及用于顯示刷新的IRQ4中斷服務(wù)程序。 </p><p>　　系統(tǒng)程序：主要指system.c文件，包含系統(tǒng)端口初

65、始化、測量結(jié)果處理、以及顯示刷新程序。 </p><p>　　主程序：主控程序負責(zé)控制整個系統(tǒng)的工作流程。</p><p>　　6.3 各模塊程序說明</p><p>　　6.3.1 超聲波測距程序</p><p>　　主程序流程圖以及相關(guān)的程序流程圖如圖 6.2所</p><p>　　圖6.2 主程序流程圖<

66、;/p><p>　　測距控制程序Demo程序中，超聲波測距的功能函數(shù)流程圖見圖 6.3。用戶需要先調(diào)用測距初始化函數(shù)InitMeasure()，再調(diào)用該函數(shù)BeginMeasure()即可進行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結(jié)果。每一次測距要進行四次測量，這四次的測量結(jié)果需要經(jīng)過處理后才可得到最終的測距返回值，而四次測量的控制以及測量結(jié)果的處理都是在這個函數(shù)中完成的，具體的處理方法：每一次測距中的四次測量的間隔時間用1

67、6Hz的時基中斷來控制；每一次測量，先發(fā)射20個40KHz脈沖（參見16Hz中斷），然后使能測量時間基準(zhǔn)計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)到4ms時，打開EXT1外部中斷，等待回波反射到接收頭。四次測量全部完成后，再對測量的結(jié)果進行處理、換算，以及出錯處理，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理部分的程序作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。其中等待4ms的原因：壓電式的電聲傳感器存在余波干擾，而有部份聲波會沿電路板直接傳到接收頭，經(jīng)接收電路的放大后，系統(tǒng)就有可能把它誤認為是反射回來的

68、回波信號。</p><p>　　超聲波測距的功能函數(shù)流程圖見圖 6.3。用戶需要先調(diào)用測距初始化函InitMeasure()，再調(diào)用該函數(shù)BeginMeasure()即可進行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結(jié)果。每一次測距要進行四次測量，這四次的測量結(jié)果需要經(jīng)過處理后才可得到最終的測距返回值，而四次測量的控制以及測量結(jié)果的處理都是在這個函數(shù)中完成的，具體的處理方法：每一次測距中的四次測量的間隔時間用16Hz的時基中

69、斷來控制；每一次測量，先發(fā)射20個40KHz脈沖（參見16Hz中斷），然后使能測量時間基準(zhǔn)計數(shù)器（本方案當(dāng)中使用TimerB），當(dāng)計數(shù)到預(yù)設(shè)延時后，打開EXT1外部中斷，等待回波反射到接收頭。四次測量全部完成后，再對測量的結(jié)果進行處理、換算，。其中等待預(yù)設(shè)延時的原因：壓電式的電聲傳感器存在余波干擾，而有部份聲波會沿電路板直接傳到接收頭，經(jīng)接收電路的放大后，系統(tǒng)就有可能把它誤認為是反射回來的回波信號。</p><p&g

70、t;　　圖6.3 超聲波測距子函數(shù)流程圖</p><p>　　16Hz時基中斷處理程序</p><p>　　16Hz的時基中斷處理程序里，主要進行檢查上次測量是否超時，若超時便會轉(zhuǎn)到超時處理程序；然后進行下一次的測量啟動，即再次發(fā)送20個40KHz方波脈沖。16Hz中斷流程圖 6.16Hz中斷流程圖。</p><p>　　圖6.4 16Hz中斷流程圖</p

71、><p>　　EXT1外部中斷程序 </p><p>　　當(dāng)回波觸發(fā)控制器的外部中斷后，程序會轉(zhuǎn)到EXT1外部中斷服務(wù)子程序中，讀取測量結(jié)果，并作數(shù)據(jù)的初步處理。流程圖見：圖 6.5 EXT1外部中斷流程圖。</p><p>　　圖6.5 EXTI外部中斷流程圖</p><p>　　6.3.2 語音播放程序</p><p&

72、gt;　　全方案采用A2000的語音壓縮算法，播放A2000格式的語音資源，作為語音提示的功能；為了讓系統(tǒng)在語音播放期間，其它的中斷能照常工作；因此在每一次語音播放前，進行中斷的初始化操作，實際上是利用了SACM語音庫當(dāng)中使用到的一個中斷設(shè)置變量：R_InterruptStatus。該變量在語音庫支持文件：hardware.asm當(dāng)中定義；每次進行語音播放的初始化操作時，語音庫當(dāng)中會從該變量讀取之前用戶設(shè)置的中斷，并以此為基礎(chǔ)設(shè)置語音庫

73、進行語音播放所需要打開的中斷。所以，中斷的初始化操作，也就是將當(dāng)前中戶的中斷設(shè)置情況寫入變量：R_InterruptStatus當(dāng)中即可。 </p><p>　　另外，為了防止語音播報過于頻繁，本方案采用2Hz時基進行計數(shù)，每次播放語音提示前，先判斷距離上一次語音提示的播放是否超過3秒（即2Hz中斷當(dāng)中計數(shù)6次以上）？如超過則可以進行這次的播放，如果不符合要求，則退出。 </p><p>

74、　　圖6.6為語音播放程序的流程圖：</p><p>　　圖6.6 語音播放程序流程圖</p><p>　　IRQ5的2Hz中斷服務(wù)程序當(dāng)中，對一個用于計數(shù)（時）的變量進行累加，以配合語音播放程序當(dāng)中對兩次播放的時間間隔的判斷。為了避免出現(xiàn)不斷累加，而溢出清零，在中斷服務(wù)程序當(dāng)中加入了限制，即當(dāng)計數(shù)的變量計數(shù)值大于6（即超過了3秒），則關(guān)閉IRQ5的2Hz中斷；等待下次播放語音時再打開2

75、Hz中斷。2Hz中斷服務(wù)程序的流程圖如圖 6.6：</p><p>　　另外，語音播放程序還需要在FIQ的TimerA中斷當(dāng)中，調(diào)用語音播放的中斷服務(wù)程序；由于比較簡單，這里就不多作介紹，用戶可以查看相關(guān)的實驗指導(dǎo)書，原理上都是一樣的。</p><p>　　6.3.3 顯示刷新程序</p><p>　　本方案使用IOA8、IOA9、IOA10三個端口控制三個發(fā)光二

76、極管（LED）作為顯示，每一個LED對應(yīng)一個超聲波測距模組，當(dāng)探測到0.35m~1.5m的范圍內(nèi)沒有障礙物時，對應(yīng)的LED是常滅的；當(dāng)探測到0.35m~1.5m的范圍內(nèi)有障礙物時，對應(yīng)的LED則以一定頻率閃爍，而且距離越近則閃爍的頻率越高。 </p><p>　　系統(tǒng)以IRQ4的1KHz中斷對顯示進行掃描，并設(shè)置有三個變量保存對應(yīng)傳感器模組的頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，即Show_Freq_Set[0]、Show_Freq_S

77、et[1]、Show_Freq_Set[2]。當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)的值為0時，系統(tǒng)則不對對應(yīng)的LED進行顯示翻轉(zhuǎn)，則對應(yīng)的LED不會閃爍；此外，系統(tǒng)還定義有三個變量（Show_Counter_1KHz[x], x=0~2）作為1KHz的計數(shù)器，對應(yīng)用個LED，而當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)不為0時，計數(shù)器會不斷地計數(shù)（以1KHz），當(dāng)計數(shù)器的計數(shù)值累加到與頻率設(shè)置數(shù)據(jù)一樣時，則會使對應(yīng)的LED顯示狀態(tài)進行輸出翻轉(zhuǎn)，并對計數(shù)器進行清零，周而復(fù)始。由此可知，當(dāng)

78、頻率設(shè)置數(shù)據(jù)非零時，該數(shù)據(jù)越小，則對應(yīng)LED的閃爍頻率越高。 </p><p>　　圖6.7 顯示刷新程序</p><p>　　圖 6.7為在IRQ4的1KHz中斷程序當(dāng)中調(diào)用的顯示刷新程序流程圖。 </p><p>　　注：圖 6.7當(dāng)中僅給出了針對一路傳感器模組狀態(tài)顯示的流程圖，即Show_Freq_Set[0]的，其它兩個LED的顯示刷新程序流程圖也一樣類似

79、，這里就不再給出。</p><p>　　6.3.4 主程序 </p><p>　　由于很多處理操作在中斷當(dāng)中完成了，所以本方案的主程序并不復(fù)雜，圖 6.8為本方案的主程序流程圖。</p><p>　　圖中，系統(tǒng)使用的中斷主要指IRQ4的1KHz中斷，而測量通道選擇即通過I/O端口選通CD4052的通道，以決定當(dāng)前的測量是對哪一個超聲波測距模組。 </p>

80、;<p>　　圖6.8主程序流程圖</p><p>　　通過主程序流程圖可看出，系統(tǒng)是在不斷的對三組超聲波測距模組進行測距操作，并將每次測距的結(jié)果進行處理，以更新對應(yīng)的LED顯示頻率設(shè)置，以及在符合要求的條件下進行語音提示播放。</p><p>　　在測距結(jié)果處理程序當(dāng)中，系統(tǒng)會針對每一個通道的測距結(jié)果進行判斷、處理；當(dāng)某一通道的測距結(jié)果大于1.5m時，則讓對應(yīng)的LED保持滅

81、的狀態(tài)，并將該通道的顯示頻率設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)為0；當(dāng)測距結(jié)果小于1.5m時，則設(shè)置對應(yīng)的顯示頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的大小與測量的結(jié)果按一定比例成正比即可。 </p><p>　　當(dāng)測距結(jié)果處理程序會對當(dāng)前的三組超聲波測距模組所探測到的障礙物的距離進行判斷，當(dāng)有某一組或者一組以上的模組探測到障礙物在0.35m~1.5m的范圍內(nèi)時，會進行語音提示的播放。 </p><p>　　圖6.9為測距結(jié)果處理程序

82、。圖中，后方、左后方以及右后方，表示的是三個不同的通道的超聲波測距模組所測量的區(qū)域。</p><p>　　圖6.9 測距結(jié)果處理程序流程圖</p><p><b>　　連接與操作說明</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)對電源有一定的要求，所以在制作時，需要給61板接入5V的電源（并非使用電源盒），并將61板上的端口電平選擇跳線J5跳到5V

83、一端，使端口的高電平為5V，并通過61板的I/O接口（J6）給轉(zhuǎn)接板、超聲波測距模組進行供電。 </p><p>　　本方案當(dāng)中，可將轉(zhuǎn)接板設(shè)計如圖 7.1所示；圖中，J1接61板的J6，作為CD4052選通的控制端口，以及超聲波測距的接口；J2~J4分別接三組超聲波測距模組。</p><p>　　圖7.1 轉(zhuǎn)接板示意圖</p><p>　　而在使用超聲波測距模組

84、時，需要注意要將模組上的J2跳線短接，J1測距模式選擇選在SET可調(diào)選項，并將模組上電位器調(diào)節(jié)，將比較電壓調(diào)節(jié)至3.5V~3.2V之間。調(diào)節(jié)時，可測量J1靠近電位器的引針上的電壓。另外，還需要將J9跳線設(shè)置在5V一端。 </p><p>　　整個系統(tǒng)的連線示意圖如圖 7.2所示</p><p>　　圖7.2 系統(tǒng)連接示意圖</p><p>　　系統(tǒng)硬件連接好以后，

85、便可以將程序下載到61板當(dāng)中；針對本方案，凌陽科技教育推廣中心提供了參考的程序范例，用戶可以直接對程序進行編譯、下載。</p><p><b>　　作說明：操</b></p><p>　　按照前面所述制作好轉(zhuǎn)接板、顯示板后，再連接好61板和各個模組板，用戶還需要為61板連接上電源（外接5V）、喇叭；如果之前沒有下載本方案的參考程序，用戶還需要將程序下載到61板中，并全

86、速運行，然后才可以看到運行的情況，并對其進行操作。 </p><p><b>　　下載參考程序 </b></p><p>　　本方案的源代碼提供在資料文件夾當(dāng)中的“參考源代碼”中的“Car_Radar”文件夾當(dāng)中；直接打開其中的Car_Radar.spj文件，即可打開工程；然后對所打開的工程進行編譯。 </p><p>　　確認編譯無誤后，然后

87、再確認一下61板的連線是否連接好，以及下載線/調(diào)度器等的連接；如果一切有關(guān)下載的設(shè)置、連接無誤，便可以下載運行程序。 </p><p><b>　　調(diào)試 </b></p><p>　　本系統(tǒng)操作方法比較簡單，系統(tǒng)工作后用戶無需對61板進行操作；開始測試時將開關(guān)至于ON狀態(tài)，此時控制板上的電源指示燈就會亮起，說明此時控制器進入工作狀態(tài)。將三個超聲波測距模組列開，并用物體

88、擋在超聲波測距模組上探頭正對的前面，只要距離在0.35m~1.5m之內(nèi)，就會有間斷的語音提示，以示對應(yīng)的模組前面有障礙物。</p><p>　　如果測試時障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達能夠正常工作，而兩者之間在1.5m時，雷達不能正常工作，則說明電源的電壓有點低; 如果測試時障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達不能夠正常工作，則應(yīng)檢查各連線接口連接是否接好，元器件的完好情況，及電壓穩(wěn)定情況等。&

89、lt;/p><p>　　按照本方案文檔的接法，定義接1號模組的超聲波測距模組為左后方探頭，2號為正后方探頭，3號為右后方探頭。當(dāng)各個位置的模組探頭探測到障礙物，會有如表 7-5中所示結(jié)果：</p><p>　　超聲波測距模組V2.0版與61板進行中距測距應(yīng)用接線實物圖短/中距測距注意事項及聲明: </p><p>　　1．測距時保證傳感器與被測物間，以及測量軸線上沒有障

90、礙物； </p><p>　　2．盡量保證傳感器軸線與被測物表面垂直； </p><p>　　3．實際測距范圍與被測物表面材料等因素有關(guān)，一般不要測量表面為毛料的物體表面.</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　致　　謝</b></p><p&