汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)電路設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子信息工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p&g

3、t;<p>　　倒車(chē)?yán)走_(dá)全稱(chēng)“倒車(chē)防撞雷達(dá)”，又稱(chēng)“泊車(chē)輔助裝置”。它是汽車(chē)泊車(chē)或者倒車(chē)時(shí)的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況，幫助駕駛員掃除視野死角，提高了駕駛的安全性。國(guó)際上通用的倒車(chē)?yán)走_(dá)一般采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車(chē)時(shí)啟動(dòng)倒車(chē)?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車(chē)尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示

4、器顯示距離并發(fā)出警示信號(hào)。</p><p>　　本系統(tǒng)介紹了一種以SPCE061A單片機(jī)為核心的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)，它具有數(shù)碼顯示和語(yǔ)音提示功能，外接三個(gè)超聲波測(cè)距模組，語(yǔ)音報(bào)警提示（0.37m～1.5m）范圍內(nèi)的障礙物。</p><p>　　關(guān)鍵詞：倒車(chē)?yán)走_(dá)；超聲波測(cè)距；SPCE061A；語(yǔ)音提示</p><p><b>　　Abstract</b>

5、;</p><p>　　the full collision of reverse parking sensor is avoidance radar，Also known as parking aids. It is a car parking or reversing the safety of auxiliary devices, able to voice or visual displays infor

6、m the pilot more obstacles around, helping the driver to remove dead vision to improve driving safety. International use of the parking sensor generally use the principle of ultrasonic distance measurement. Drivers in re

7、verse, start reversing radar, under the control of the controller, the device in the</p><p>　　The system uses voice prompts the way, introduced to SPCE061A microcontroller as the core of a low-cost, high acc

8、uracy, miniaturization, with digital display and voice prompts reversing radar system. By SPCE061A single-chip microcontroller that has voice capabilities, external three ultrasonic ranging module, form a sample of rever

9、sing radar system, voice alarm (0.37m ~ 1.5m) range of obstacles.</p><p>　　Keywords: parking sensor; ultrasonic ranging; SPCE061A; voice prompts</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

10、><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 核心元件簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.1 SPCE061A芯片特性2</p><p>　　2.1.1 SPCE061A簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.2 SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板2</p><p>　　2.3 超

11、聲波測(cè)距模組4</p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)接板6</p><p>　　3 總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　4 硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板電路原理10</p><p>　　4.1.1 SPCE061A最小系統(tǒng)10</p><p&g

12、t;　　4.1.2 電源模塊10</p><p>　　4.1.3 放音模塊11</p><p>　　4.2 超聲波測(cè)距模組電路原理12</p><p>　　4.2.1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路12</p><p>　　4.2.2 超聲波回波接受處理電路12</p><p>　　4.2.3 超聲波測(cè)距

13、模組電源接口13</p><p>　　4.2.4 超聲波測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)13</p><p>　　4.2.5 超聲波測(cè)距模組接口14</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)接板電路14</p><p>　　4.4 顯示電路15</p><p>　　5 軟件設(shè)計(jì)16</p><p>

14、　　5.1 超聲波測(cè)距原理16</p><p>　　5.2 軟件結(jié)構(gòu)17</p><p>　　5.3 各模塊程序說(shuō)明18</p><p>　　5.3.1 超聲波測(cè)距程序18</p><p>　　5.3.2 語(yǔ)音播放程序20</p><p>　　5.3.3 顯示刷新程序21</p>&

15、lt;p>　　5.3.4 主程序23</p><p>　　6 制作和調(diào)試26</p><p><b>　　7 結(jié)論29</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b&g

16、t;　　1 引言</b></p><p>　　隨著人民生活水平的提高，汽車(chē)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)。倒車(chē)?yán)走_(dá)逐漸成為購(gòu)車(chē)時(shí)的必要參考，因此設(shè)計(jì)一款性?xún)r(jià)比出眾的倒車(chē)?yán)走_(dá)將對(duì)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。倒車(chē)?yán)走_(dá)由超聲波傳感器、控制器和顯示器等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況。由顯示器顯示距離并發(fā)出其他警示信號(hào)，得到及時(shí)警示，使倒車(chē)變得更加輕松安全。</p>&l

17、t;p>　　液晶、語(yǔ)言和聲音是倒車(chē)?yán)走_(dá)的三種提示方式，接收方式有無(wú)線(xiàn)傳輸和有線(xiàn)傳輸?shù)萚1]。本方案采用語(yǔ)音提示的方式，利用SPCE061A單片機(jī)自帶的語(yǔ)音芯片，外接三個(gè)超聲波測(cè)距模組，可具備以下功能：</p><p>　　1.用三個(gè)LED發(fā)光二極管表示三個(gè)傳感器探測(cè)范圍內(nèi)是否有障礙物，當(dāng)在探測(cè)范圍內(nèi)有障礙物出現(xiàn)時(shí)，發(fā)光二極管會(huì)以一定頻率閃爍，閃爍的頻率由距離而定，距離越近則閃爍的頻率越高。</p>

18、;<p>　　2.語(yǔ)音提示模組探測(cè)范圍內(nèi)（0.37m～1.5m）的障礙物，并指明障礙物在哪一個(gè)方位。</p><p>　　本方案所有的語(yǔ)音資源、程序代碼都存放在SPCE061A片內(nèi)Flash當(dāng)中；當(dāng)檢測(cè)到中間的傳感器探測(cè)范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，語(yǔ)音播放：“后方”。若檢測(cè)到左后方有障礙物，則會(huì)用語(yǔ)音播放：“左后方”，如右后方有障礙物，則語(yǔ)音播放“右后方”，連續(xù)播放提示的間隔，大于或等于3秒，以免產(chǎn)生頻繁播報(bào)

19、。</p><p><b>　　2 核心元件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，傳感器模塊采用凌陽(yáng)的超聲波測(cè)距模組。為了使這三個(gè)傳感器模塊能夠組合在一起，并且有效的工作，還需要連接一快轉(zhuǎn)接板（利用CD4052模擬開(kāi)關(guān)器件制作），并外接三個(gè)發(fā)光二極管。下面具體介紹這些模塊的特性。</p><p>　　2

20、.1 SPCE061A芯片特性</p><p>　　2.1.1 SPCE061A簡(jiǎn)介</p><p>　　圖2.1為SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，SPCE061A是凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的一款十六位單片機(jī)，具有一套易學(xué)易用、效率高的指令系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。支持C語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的相互調(diào)用，并且，提供了語(yǔ)音錄放和語(yǔ)音識(shí)別的庫(kù)函數(shù)，只要了解庫(kù)函數(shù)的使用，就可以很容易完成語(yǔ)音錄放，

21、這些都為軟件的開(kāi)發(fā)提供了有利的條件：SPCE061A片內(nèi)還集成了一個(gè)ICE，即在線(xiàn)仿真電路接口，使得對(duì)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，在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，用戶(hù)可以利用它對(duì)芯片進(jìn)行仿真，同時(shí)程序的下載也是通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)[2]。</p><p>　　2.2 SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板</p><p>　　SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板，是以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SP

22、CE061A為核心的精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)板，61板除了具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外，還包括電源電路、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，方便隨身攜帶。61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線(xiàn)（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽(yáng)科技的在線(xiàn)調(diào)試器，簡(jiǎn)易下載線(xiàn)，可方便地在板上實(shí)現(xiàn)程序的下載、在線(xiàn)仿真調(diào)試。</p><p>　　圖2.1 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p&

23、gt;<p>　　61板上的主要功能模塊如下： </p><p>　　SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路模塊； </p><p><b>　　電源輸入模塊； </b></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； </

24、b></p><p>　　I/O端口接口模塊； </p><p>　　調(diào)試、下載接口模塊。</p><p>　　圖2.2為61板的實(shí)物圖：</p><p>　　圖2.2 61板實(shí)物圖</p><p>　　2.3 超聲波測(cè)距模組</p><p>　　超聲波測(cè)距模組可以方便地和61板連接，可

25、應(yīng)用于短距離測(cè)距、障礙物檢 測(cè)等方面，可用在驗(yàn)證汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)的應(yīng)用方案。圖2.3為超聲波測(cè)距模組的結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2.3 超聲波測(cè)距模組結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實(shí)現(xiàn)功能:三種測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)J1（短距、中距、可調(diào)距）：</p><p>　　1. 短距：10cm～80cm左右。</p><p>　　2. 中距：80cm～4

26、00cm左右。</p><p>　　3. 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定。</p><p>　　使用方法：應(yīng)用時(shí)，用10PIN排線(xiàn)把J5與SPCE061A的IOB低八位接口接起，J4與高八位端口連接，同時(shí)設(shè)置好J1、J2跳線(xiàn)就可完成硬件的連接。不同測(cè)距模式的選擇只需改變測(cè)距模式跳線(xiàn)J1的連接方法即可。提供給模組的電源電壓必須在4.5V以上，并且保持電壓的穩(wěn)定。模組工作性能的好壞與被測(cè)物材料有很

27、大關(guān)系，如布料、毛料對(duì)超聲波的反射率很小，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　電源輸入:模組提供了兩種電源輸入方式，一種是61板通過(guò)10PIN排線(xiàn)為模組供電（61板上J5選擇5V），此時(shí)把J2跳到5V的一端；另一種是直接為模組供電，通過(guò)模組上的電源輸入口J3引入，把J2跳線(xiàn)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(jí)運(yùn)放性能用，最高不要超過(guò)12V。 模組外接電源接口（J3）以及供電方式

28、選擇跳線(xiàn)（J2）如圖 2.4所示：</p><p>　　測(cè)距模式選擇:超聲波測(cè)距時(shí)，存在余波干擾問(wèn)題，針對(duì)不同測(cè)距范圍有不同的處理方法。模組提供了測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)（J1），可以選擇短距測(cè)量模式、中距測(cè)量模式，或距離可調(diào)模式。而針對(duì)前兩種測(cè)量模式，提供了不同參數(shù)的范例程序，跳線(xiàn)選擇不同模式時(shí)，會(huì)選用相對(duì)應(yīng)的程序進(jìn)行測(cè)量；跳線(xiàn)選擇LOW時(shí)為近距測(cè)量模式，選擇HIGH時(shí)為中距測(cè)量模式，選擇SET時(shí)為距離可調(diào)模式；如果用

29、戶(hù)對(duì)超聲波測(cè)量原理有較深的了解，可以選用距離可調(diào)模式。</p><p>　　模組測(cè)距模式（測(cè)量距離范圍）選擇跳線(xiàn)J1如圖 2.5所示。使用時(shí)，把前面的電源輸入跳線(xiàn)J2，模式選擇跳線(xiàn)J1設(shè)置好后，然后利用排線(xiàn)把J4與SPCE061A的IOB口高八位端口相接，J5與低八位端口連接即可使用。J4和J5的接口定義如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.4 模組外接電源接口及供電方式選擇跳線(xiàn)&l

30、t;/p><p><b>　　2.4 轉(zhuǎn)接板</b></p><p>　　為了更加可靠的實(shí)現(xiàn)硬件的連接，本方案需要使用一塊CD4052模擬開(kāi)關(guān)制作的轉(zhuǎn)接板。超聲波測(cè)距模組在使用時(shí)，只需要兩個(gè)端口就可以測(cè)距，一個(gè)控制超聲波的發(fā)射，一個(gè)檢測(cè)超聲波的接收信號(hào)；而在超聲波測(cè)距模組中，這兩個(gè)信號(hào)都為數(shù)字信號(hào)，對(duì)模擬開(kāi)關(guān)的要求并不嚴(yán)格，因此選用CD4052作為模擬開(kāi)關(guān)器件。CD40

31、52相當(dāng)于一個(gè)雙刀四擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A1、A0來(lái)決定（真值表見(jiàn)下表）[3]。其中“/E”是禁止端，當(dāng)“/E”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4052還設(shè)有另一個(gè)電源端VEE，可作為電平位移時(shí)使用，從而使得在單組電源供電工作下的CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，VEE=－5V時(shí)，只要對(duì)此模擬

32、開(kāi)關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號(hào)。表2.1為CD4052的真值表，圖2.7為CD4052的引腳圖。</p><p>　　圖2.5 模組測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)</p><p>　　圖2.6 J4和J5接口示意圖</p><p>　　表2.1 CD4052的真值表</p><p>　　圖2.7 CD405

33、2的引腳圖</p><p><b>　　3 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)以SPCE061A為核心，三個(gè)超聲波測(cè)距模組依次排布，組成線(xiàn)陣的傳感器陣列；另外，接有轉(zhuǎn)接板、發(fā)光二極管的顯示模塊。系統(tǒng)組成以圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SPCE061A單

34、片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)I/O端口來(lái)控制CD4052，以選擇不同的傳感器通道。其中IOB0和IOB1控制CD4052的A0和A1，IOB2作為檢測(cè)超聲波模組返回的信號(hào)，IOB3作為控制超聲波模組發(fā)射超聲波信號(hào)的控制端口。這樣通過(guò)CD4052的通道切換，就可以利用較少的端口來(lái)完成多個(gè)模組的切換使用。 </p><p>　　另外，超聲波測(cè)距模組采用的是脈沖測(cè)量法，實(shí)質(zhì)是測(cè)量發(fā)射超聲波的時(shí)刻與接收到反射回波信號(hào)的時(shí)刻之間

35、的時(shí)差，利用超聲波在空氣中傳播速度已知的條件，計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)與傳感器之間的距離。為了保證測(cè)量的可靠性，檢測(cè)回波信號(hào)時(shí)，采用SPCE061A的外部中斷對(duì)回波的上升沿進(jìn)行檢測(cè)，而且利用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。在顯示控制方面，系統(tǒng)分別利用IOA8、IOA9、IOA10三個(gè)端口控制三個(gè)發(fā)光二極管[4]。 </p><p><b>　　4 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1

36、 SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板電路原理</p><p>　　4.1.1 SPCE061A最小系統(tǒng)</p><p>　　SPCE061A最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，其中外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等，如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 SPCEA061A

37、最小系統(tǒng)</p><p>　　4.1.2 電源模塊</p><p>　　SPCE061A的內(nèi)核供電為3.3V，I/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(gè)端口電平選擇跳線(xiàn)，如圖4.2中的J5，為了系統(tǒng)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(xiàn)帽將V5和VDDH短接。下圖為61板上的電源模塊圖。</p>&l

38、t;p>　　圖4.2 電源模塊</p><p>　　由于本系統(tǒng)需要的端口高電平為5V，所以圖 4.2當(dāng)中的J5跳線(xiàn)需要跳到1和2上。</p><p>　　4.1.3 放音模塊</p><p>　　即語(yǔ)音提示，放音利用的是SPCE061A內(nèi)部的DAC，電路如圖 4.3所示。圖中的SPY0030是凌陽(yáng)公司的產(chǎn)品。圖中的SPY0030僅需2.4V(兩顆電池)即可

39、工作，輸出功率約700mw。</p><p>　　圖4.3 放音模塊電路圖</p><p>　　4.2 超聲波測(cè)距模組電路原理</p><p>　　4.2.1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路</p><p>　　由單片機(jī)產(chǎn)生40KHZ的方波，并通過(guò)模組接口（J4）送至模組的CD4049，CD4049對(duì)40KHZ的頻率進(jìn)行調(diào)理，使超聲波傳感器產(chǎn)生

40、諧振[5]。電路如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 超聲波諧振頻率調(diào)理電路</p><p>　　4.2.2 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(jí)采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大。后級(jí)采用LM311比較器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，比較電壓在LM311的3管腳處，可由J1跳線(xiàn)選擇不同的比較電壓以選擇

41、不同的測(cè)距模式。在放大器與比較器之間用PNP三極管作為通路選擇，將此通路選擇跳線(xiàn)短接上，即把J2短接，使三極管導(dǎo)通即可[6]。</p><p>　　圖4.5 超聲波回波接受處理電路</p><p>　　4.2.3 超聲波測(cè)距模組電源接口</p><p>　　J3為超聲波測(cè)距模組的外部電源接口，最高電壓不能超過(guò)12V，J2為電源選擇跳線(xiàn)，VCC_5即61板通過(guò)10

42、PIN排線(xiàn)引入模組的電源；VCC為模組的放大器、調(diào)諧電路供電電源。當(dāng)使用61板為其供電時(shí)，要把VCC與VCC_5V短接，而使用外部電源時(shí)要把VCC與VCC_IN進(jìn)行短接。</p><p>　　圖4.6外部單獨(dú)電源輸入接口及選擇跳線(xiàn)</p><p>　　4.2.4 超聲波測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)</p><p>　　模組提供了測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)J1，可供選擇短距測(cè)量模式、中距

43、測(cè)量模式，以及距離可調(diào)模式。跳線(xiàn)選擇LOW時(shí)為近距測(cè)量模式，選擇HIGH時(shí)為中距測(cè)量模式；選擇SET時(shí)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3.2～3.5V（保證模組測(cè)距能在0.35～1.5M的范圍都能正常工作即可）。</p><p>　　圖4.7 測(cè)距模式選擇跳線(xiàn)</p><p>　　4.2.5 超聲波測(cè)距模組接口</p&

44、gt;<p>　　本方案采用的三個(gè)超聲波測(cè)距模組都是利用接口J4、J5，每個(gè)模組接出兩個(gè)控制、檢測(cè)端口，然后通過(guò)CD4052模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行選通，在實(shí)際使用過(guò)程中，是分時(shí)地對(duì)每一個(gè)模組進(jìn)行操作。超聲波測(cè)距模組的J4、J5接口如所圖4.8示。圖中的VCC_5在本方案當(dāng)中由61板供電，電壓5V。</p><p>　　圖4.8 超聲波測(cè)距模組接口</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)接板

45、電路</p><p>　　前面已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹了轉(zhuǎn)接板的作用，下面介紹一下它的原理圖，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 轉(zhuǎn)接板電路原理</p><p>　　圖中J1直接與61板的J6相接，即與61板的IOB口低八位接口相接，可知圖中的VDD為61板供電，電壓為5V。而A0和A1分別接SPCE061A的IOB0和IOB1，以控制CD4052的兩個(gè)地址位，即

46、控制通道的選通。IOB2接PLUS_B，作為回波信號(hào)的檢測(cè)輸入，不過(guò)經(jīng)過(guò)CD4052的選通，接到哪一個(gè)模組，由IOB0和IOB1的輸出決定。同樣COM_EN為超聲波測(cè)距模組的信號(hào)發(fā)射控制，接到SPCE061A的IOB3。CD4052的另外一端，接出COM_EN1/2/3，可分別接三個(gè)模組的發(fā)射使能，另外還用三個(gè)10K的電阻接地，以保證未選通的模組不會(huì)發(fā)射超聲波信號(hào)。J3、J4為一組，接一個(gè)超聲波模組板上的J4、J5接口；而轉(zhuǎn)接板上的J5

47、、J6、J7、J8分別對(duì)應(yīng)另外兩個(gè)模組[7]。</p><p><b>　　4.4 顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管顯示，發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)LED，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴ｏ@示電路采用三個(gè)I/O口控制三個(gè)發(fā)光二極管。如圖 4.10所示：</p><p><b>　　圖4.10顯示電路</b

48、></p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 超聲波測(cè)距原理</p><p>　　超聲波測(cè)距原理一般采用渡越時(shí)間法即:D =ct/2。式中, D 為待測(cè)距離,c 為超聲波在空氣中的傳播速度,t 為超聲波從發(fā)射到接收到回波的時(shí)間間隔,可由單片機(jī)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)。c 可視為常數(shù)(通常取c =340m

49、/ s),從而就可計(jì)算出超聲波探頭與障礙物的距離[8]。單片機(jī)控制產(chǎn)生40kHz的脈沖串送到驅(qū)動(dòng)電路以驅(qū)動(dòng)超聲波探頭發(fā)送超聲波,回波信號(hào)經(jīng)接收電路、放大濾波整形電路后再送入單片機(jī),由單片機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)用于顯示和聲音警示。</p><p>　　超聲波測(cè)距模組信號(hào)： 圖 5.1為超聲波模組上三極管Q1的集電極處測(cè)量的波形圖，此時(shí)J2跳線(xiàn)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><

50、p>　　圖 5.1超聲波信號(hào)測(cè)量圖</p><p>　　圖中的波形為示波器抓拍圖，其中通道1為Q1集電極測(cè)得的波形，即上方的波形，通道2為發(fā)射端測(cè)得的波形。從圖中可知，接收回路中測(cè)得的超聲波信號(hào)共有兩個(gè)波束，第一個(gè)波束為余波信號(hào)，即超聲波接收頭在發(fā)射頭發(fā)射信號(hào)（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號(hào)，并持續(xù)了一段時(shí)間。另一個(gè)波束為有效信號(hào)，即經(jīng)過(guò)被測(cè)物表面反射的回波信號(hào)。 </p>

51、<p>　　超聲波測(cè)距時(shí)，需要測(cè)的是從開(kāi)始發(fā)射到接收到信號(hào)的時(shí)間差，在上圖中就可看出，需要檢測(cè)的有效信號(hào)為反射物反射的回波信號(hào)，所以要盡量避免檢測(cè)到余波信號(hào)。 </p><p>　　軟件控制脈沖發(fā)射、檢測(cè)回波信號(hào)： 程序設(shè)計(jì)時(shí)采用脈沖測(cè)量法，由SPCE061A控制模組發(fā)生40KHz的脈沖信號(hào)，每次測(cè)量發(fā)射的脈沖數(shù)至少為12個(gè)完整的40KHz脈沖。發(fā)射信號(hào)前要打開(kāi)計(jì)數(shù)器，進(jìn)行計(jì)時(shí)。等計(jì)時(shí)到達(dá)一定值后再開(kāi)

52、啟檢測(cè)回波信號(hào)，以避免余波信號(hào)的干擾。采用外部中斷對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)（回波信號(hào)送到單片機(jī)的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號(hào)后，馬上讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為要測(cè)量的時(shí)間差數(shù)據(jù)。為避免測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差，程序中對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)的處理方法是：每進(jìn)行一次測(cè)距，利用時(shí)基中斷測(cè)量4次，即取得4組數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后得到此次測(cè)距值。</p><p><b>　　5.2 軟件結(jié)構(gòu)</b></p>

53、<p>　　本方案的軟件系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊： </p><p>　　1.主程序：主控程序負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。</p><p>　　2.超聲波測(cè)距程序：負(fù)責(zé)超聲波測(cè)距的控制、結(jié)果計(jì)算等，另外有部分代碼在中斷服務(wù)程序中，主要碼在UserFunction.c和IntDocument.c文件。 </p><p>　　3.語(yǔ)音播放程序：語(yǔ)音播放控制，主

54、要代碼在Speech.h，而語(yǔ)音中斷服務(wù)程序在isr.asm文件中，為了使語(yǔ)音播放程序在初始化時(shí)不影響用戶(hù)的其它中斷，在isr.asm中還有一個(gè)中斷初始化程序。 </p><p>　　4.中斷程序：主要指IntDocument.c文件，包括超聲波測(cè)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>　　5.系統(tǒng)程序：主要指system.c文件，包含系統(tǒng)端口初始化、

55、測(cè)量結(jié)果處理、以及顯示刷新程序。 </p><p>　　5.3 各模塊程序說(shuō)明</p><p>　　5.3.1 超聲波測(cè)距程序</p><p>　　測(cè)距控制程序Demo程序中，超聲波測(cè)距的功能函數(shù)流程圖詳見(jiàn)圖 5.3。用戶(hù)需要先調(diào)用測(cè)距初始化函數(shù)InitMeasure()，再調(diào)用該函數(shù)BeginMeasure()就可進(jìn)行一次測(cè)距操作，函數(shù)返回值為測(cè)量結(jié)果。<

56、/p><p>　　每一次測(cè)距要進(jìn)行四次測(cè)量，四次的測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)處理后才可得到最終的返回值，而四次測(cè)量的控制以及測(cè)量結(jié)果的處理都是在這個(gè)函數(shù)中完成的，具體的處理方法如下：每一次測(cè)距中的四次測(cè)量的間隔時(shí)間用16Hz的時(shí)基中斷來(lái)控制；每一次測(cè)量，先發(fā)射20個(gè)40KHz脈沖，然后使能測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到4ms時(shí)，打開(kāi)EXTI外部中斷，等待回波反射到接收頭。四次測(cè)量全部完成后，再對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行處理，用戶(hù)可以根據(jù)不同的

57、應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理部分的程序作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[9]。</p><p>　　其中等待4ms的原因：壓電式的電聲傳感器存在余波干擾，有部份聲波會(huì)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(rèn)為是反射回來(lái)的回波信號(hào)。</p><p>　　16Hz時(shí)基中斷處理程序：16Hz的時(shí)基中斷處理程序里，主要進(jìn)行檢查上次測(cè)量是否超時(shí)，若超時(shí)便會(huì)轉(zhuǎn)到超時(shí)處理程序，然后進(jìn)行下一次的測(cè)量啟動(dòng)，即再次發(fā)送

58、20個(gè)40KHz方波脈沖，流程圖見(jiàn)圖5.4所示:</p><p>　　圖5.3 超聲波測(cè)距子函數(shù)流程圖</p><p>　　圖5.4 16Hz中斷流程圖</p><p>　　外部中斷程序 :當(dāng)回波觸發(fā)控制器的外部中斷后，程序會(huì)轉(zhuǎn)到EXTI外部中斷服務(wù)子程序中，讀取測(cè)量結(jié)果，并作數(shù)據(jù)的初步處理，流程圖見(jiàn)圖5.5 EXTI外部中斷流程圖[10]。</p>

59、<p>　　5.3.2 語(yǔ)音播放程序</p><p>　　全方案采用A2000的語(yǔ)音壓縮算法，播放A2000格式的語(yǔ)音資源，作為語(yǔ)音提示的功能；為了讓系統(tǒng)在語(yǔ)音播放期間，其它的中斷依舊能照常工作；因此在每一次語(yǔ)音播放前，進(jìn)行中斷的初始化操作，實(shí)際上是利用了SACM語(yǔ)音庫(kù)當(dāng)中使用到的一個(gè)中斷設(shè)置變量，即R_InterruptStatus。該變量在語(yǔ)音庫(kù)支持文件hardware.asm當(dāng)中定義；每次進(jìn)

60、行語(yǔ)音播放的初始化操作時(shí)，語(yǔ)音庫(kù)當(dāng)中會(huì)從該變量讀取之前用戶(hù)設(shè)置的中斷，并以此為基礎(chǔ)設(shè)置語(yǔ)音庫(kù)進(jìn)行語(yǔ)音播放所需要打開(kāi)的中斷。所以，中斷的初始化操作，也就是將當(dāng)前中戶(hù)的中斷設(shè)置情況寫(xiě)入變量：R_InterruptStatus當(dāng)中即可。 </p><p>　　圖 5.5 EXTI外部中斷流程圖</p><p>　　為了防止語(yǔ)音播報(bào)過(guò)于頻繁，本方案采用2Hz時(shí)基進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次播放語(yǔ)音提示前，先

61、判斷距離上一次語(yǔ)音提示的播放是否超過(guò)3秒（即2Hz中斷當(dāng)中計(jì)數(shù)6次以上）如超過(guò)則可以進(jìn)行這次的播放，如果為符合要求，則退出操作。圖5.6為語(yǔ)音播放程序的流程圖。</p><p>　　5.3.3 顯示刷新程序</p><p>　　本方案使用IOA8、IOA9、IOA10三個(gè)端口控制三個(gè)發(fā)光二極管（LED）作為顯示，每一個(gè)LED對(duì)應(yīng)一個(gè)超聲波測(cè)距模組，當(dāng)探測(cè)到0.37m～1.5m的范圍內(nèi)沒(méi)有

62、障礙物時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED是滅的。當(dāng)探測(cè)到0.37m～1.5的范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED會(huì)以一定的頻率閃爍，距離越近閃爍的頻率越高。 </p><p>　　系統(tǒng)以IRQ4的1KHz中斷對(duì)顯示進(jìn)行掃描，并設(shè)置有三個(gè)變量保存對(duì)應(yīng)傳感器模組的頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，即Show_Freq_Set[0]、Show_Freq_Set[1]、Show_Freq_Set[2]。當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)的值為0時(shí)，系統(tǒng)不對(duì)對(duì)應(yīng)的LED進(jìn)行顯示翻轉(zhuǎn)，對(duì)

63、應(yīng)的LED不會(huì)閃爍；此外，系統(tǒng)還定義有三個(gè)變量（Show_Counter_1KHz[x], x=0～2）作為1KHz的計(jì)數(shù)器，對(duì)應(yīng)每個(gè)LED，而當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)不為0時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)不斷地計(jì)數(shù)（以1KHz），當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值累加到與頻率設(shè)置數(shù)據(jù)一樣時(shí)，則會(huì)使對(duì)應(yīng)的LED顯示狀態(tài)進(jìn)行輸出翻轉(zhuǎn)，并對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，周而復(fù)始。由此可知，當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)非零時(shí)，該數(shù)據(jù)越小，則對(duì)應(yīng)LED的閃爍頻率越高。圖 5.7為在IRQ4的1KHz中斷程序當(dāng)中調(diào)用的顯

64、示刷新程序流程圖。 </p><p>　　圖5.6 語(yǔ)音播放程序流程圖</p><p>　　圖5.7 顯示刷新程序</p><p>　　5.3.4 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 5.8為本方案的主程序流程圖。圖中，系統(tǒng)使用的中斷主要指IRQ4的1KHz中斷，而測(cè)量通道選擇

65、即通過(guò)I/O端口選通CD4052的通道，以決定當(dāng)前的測(cè)量是對(duì)哪一個(gè)超聲波測(cè)距模組。 </p><p>　　圖5.8主程序流程圖</p><p>　　通過(guò)主程序流程圖可看出，系統(tǒng)是在不斷的對(duì)三組超聲波測(cè)距模組進(jìn)行測(cè)距操作，并將每次測(cè)距的結(jié)果進(jìn)行處理，以更新對(duì)應(yīng)的LED顯示頻率設(shè)置，以及在符合要求的條件下進(jìn)行語(yǔ)音提示播放。</p><p>　　在測(cè)距結(jié)果處理程序當(dāng)中，系

66、統(tǒng)會(huì)針對(duì)每一個(gè)通道的測(cè)距結(jié)果進(jìn)行判斷、處理；當(dāng)某一通道的測(cè)距結(jié)果大于1.5m時(shí)，則讓對(duì)應(yīng)的LED保持滅的狀態(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(cè)距結(jié)果小于1.5m時(shí)，則設(shè)置對(duì)應(yīng)的顯示頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的大小與測(cè)量的結(jié)果按一定比例成正比即可[11]。測(cè)距結(jié)果處理程序會(huì)對(duì)當(dāng)前的三組超聲波測(cè)距模組所探測(cè)到的障礙物的距離進(jìn)行判斷，當(dāng)有某一組或者一組以上的模組探測(cè)到障礙物在0.37m～1.5m的范圍時(shí)，會(huì)進(jìn)行語(yǔ)音提示的播放。圖5.9為測(cè)距結(jié)

67、果處理程序。圖中后方、左后方以及右后方，分別表示的是三個(gè)不同的通道的超聲波測(cè)距模組所測(cè)量的區(qū)域。</p><p>　　圖5.9 測(cè)距結(jié)果處理程序流程圖</p><p><b>　　6 制作和調(diào)試</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)電源有一定的要求，所以在制作時(shí)，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(xiàn)

68、J5跳到5V一端，使端口的高電平為5V，并通過(guò)61板的I/O接口（J6）給轉(zhuǎn)接板、超聲波測(cè)距模組供電。 </p><p>　　本方案當(dāng)中，可將轉(zhuǎn)接板設(shè)計(jì)如圖 6.1所示。圖中，J1接61板的J6，J2接61板的J7,作為CD4052選通的控制端口，以及超聲波測(cè)距的接口；J3～J8分別接三組超聲波測(cè)距模組。</p><p>　　圖6.1 轉(zhuǎn)接板示意圖</p><p>

69、;　　而在使用超聲波測(cè)距模組時(shí)， J1測(cè)距模式選擇選在SET可調(diào)選項(xiàng)，并將模組上電位器調(diào)節(jié)，將比較電壓調(diào)節(jié)至3.2V～3.5V之間。調(diào)節(jié)時(shí)，可測(cè)量J1靠近電位器的引針上的電壓。另外，還需要將J2跳線(xiàn)設(shè)置在5V一端。 整個(gè)系統(tǒng)的連線(xiàn)示意圖如圖 6.2所示。系統(tǒng)硬件連接好以后，便可以將程序下載到61板當(dāng)中。</p><p>　　操作說(shuō)明：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(gè)模組板，用戶(hù)還需要為61

70、板連接上電源（外接5V）、喇叭；如果之前沒(méi)有下載本方案的參考程序，用戶(hù)還需要將程序下載到61板中，并全速運(yùn)行，然后才可以看到運(yùn)行的情況，并對(duì)其進(jìn)行操作[12]。 </p><p>　　圖6.2 系統(tǒng)連接示意圖</p><p>　　下載參考程序： 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(kāi)其中的Car_Radar.spj文件，即可打開(kāi)工

71、程；然后對(duì)所打開(kāi)的工程進(jìn)行編譯。確認(rèn)編譯無(wú)誤后，然后再確認(rèn)一下61板的連線(xiàn)是否連接好，以及下載線(xiàn)/調(diào)度器等的連接；如果一切有關(guān)下載的設(shè)置、連接無(wú)誤，便可以下載運(yùn)行程序。 </p><p>　　調(diào)試： 本系統(tǒng)操作方法比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)工作后無(wú)需對(duì)61板進(jìn)行操作。開(kāi)始測(cè)試時(shí)將開(kāi)關(guān)至于ON狀態(tài)，此時(shí)控制板上的電源指示燈就會(huì)亮起，說(shuō)明此時(shí)控制器進(jìn)入工作狀態(tài)。將三個(gè)超聲波測(cè)距模組列開(kāi)，并用物體擋在超聲波測(cè)距模組上探頭正對(duì)的前面

72、，只要距離在0.35m～1.5m之內(nèi)，就會(huì)有間斷的語(yǔ)音提示，以示對(duì)應(yīng)的模組前面有障礙物。</p><p>　　如果測(cè)試時(shí)障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達(dá)能夠正常工作，而兩者之間在1.5m時(shí)，雷達(dá)不能正常工作，則說(shuō)明電源的電壓有點(diǎn)低。如果測(cè)試時(shí)障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達(dá)不能夠正常工作，則應(yīng)檢查各連線(xiàn)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。</p><p&g

73、t;　　按照本方案文檔的接法，定義接1號(hào)模組的超聲波測(cè)距模組為左后方探頭，2號(hào)為正后方探頭，3號(hào)為右后方探頭。當(dāng)各個(gè)位置的模組探頭探測(cè)到障礙物，會(huì)有如表6.1中所示結(jié)果：</p><p>　　表6.1 語(yǔ)音提示情況表</p><p>　　超聲波測(cè)距模組與61板進(jìn)行中距測(cè)距應(yīng)用接線(xiàn)實(shí)物圖短/中距測(cè)距注意事項(xiàng)及聲明: </p><p>　　1．測(cè)距時(shí)保證傳感器與被測(cè)物間

74、，以及測(cè)量軸線(xiàn)上沒(méi)有障礙物。</p><p>　　2．盡量保證傳感器軸線(xiàn)與被測(cè)物表面垂直。</p><p>　　3．實(shí)際測(cè)距范圍與被測(cè)物表面材料等因素有關(guān)，一般不要測(cè)量表面為毛料或者布料的物體表面。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了凌陽(yáng)科技研發(fā)生產(chǎn)的單片機(jī)SPCE061

75、A芯片。實(shí)現(xiàn)了測(cè)量超聲波從發(fā)射到接收的傳送時(shí)間，從而得到待測(cè)距離。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小的特點(diǎn)。</p><p>　　經(jīng)多次的實(shí)踐中超聲波可測(cè)的距離還不是很長(zhǎng)，還應(yīng)該在這方面作研究改進(jìn)，使其功能更加完善并得到廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 龔玉玲，楊陽(yáng)，趙蕊，劉光德．基

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