畢業(yè)設計-超聲波倒車雷達

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計 任 務 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）范圍內的障礙物。</p><p>　　關鍵詞：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)軟件設計 …………………………………………………………17</p><p>　　6.1 超聲波測距原理……………………………………………………………………17</p><p>　　6.2 軟件結構

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（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； </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是否有障礙物，當在探測范圍內有障礙物時，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Flash當中；當語音播報時，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”；當檢查到中間的傳感器探測范圍內有障礙特時，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，還需要一個轉接板，可以利用4052模擬開關器件制作； 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，支持標準C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的互相調用，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、的內部結構框圖</p><p>　　圖3.1 SPCE061內部結構圖</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>　　.. 內置2K字SRAM； </p><p>　　.. 內置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(可自動預置初始計數(shù)值)； </p><p>　　.. 2個10位DAC(數(shù)-模轉換)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)轉換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉換器； </p><p>　　.. 聲音模-數(shù)轉換器輸入通道內置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)功能； </p><p>　　.. 具備串行設備接口； </p><p>　　.. 低電壓復位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； </p><p>　　.. 內置在線仿真(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，大小相當于一張撲克牌，是“凌陽科技大學計劃”專為大學生、電子愛好者等進行電子實習、課程設計、畢業(yè)設計、電子制作及電子競賽所設計的，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）、復位電路等，采用電池供電，方便學生隨身攜帶！??！使學生在掌握軟件的同時，熟悉單片機硬件的設計制作，鍛煉學生的動手能力，也為單片機學習者和開發(fā)者創(chuàng)造了一個良好的學習條件和開發(fā)新產(chǎn)品的機會！61板上有調試器接口（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生進行單片機

31、接口方面的學習專門設計的模塊，超聲波測距模組可以方便地和61板連接，可應用在小距離測距、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)等應用方案驗證。下圖 3.3為超聲波測距模組的結構框圖： </p><p>　　圖３.３ 超聲波測距模組結構圖</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：范圍由可調節(jié)參數(shù)確定；</p><p><b>　　使用方法： </b&g

33、t;</p><p>　　一般應用時，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系，如毛料、布料對超聲波的反射率很小，會嚴重影響測量結果。</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時為距離可調模式；凌陽科技大學計劃網(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（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模擬開關制作的轉接板。本方案設計，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、擬開關設計的轉接板。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，對模擬開關的要求并不嚴格，所以選用CD4052作為模擬開關器件。CD4052相當于一個雙刀四擲開關，開關接通哪一通道，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“/E”=1時，各通道均不接通。此外，CD4051還設有另一個電源端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，并使這種多路開關可傳輸峰－峰值達15V的交流信號。例如，若模擬開關的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當VEE=－5V時，只要對此模擬開關施加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的內部結構圖</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)硬件結構圖</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

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頻率信號進行調理。PLUS_EN1是超聲波信號發(fā)射的使能控制端口，當該端口接低電平時，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、調理電路供電電源。當用戶使用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時為距離可調模式。本方案采用可調方式，即選擇SET的模式，并將調節(jié)模組上的電位器，將比較電壓調至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模擬開關進行選通，所以在實際使用當中，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 轉接板電路</p><p>　　前面已簡單介紹了轉接板的作用，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>　　聲波在其傳播介質中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射

58、；反射波稱為回聲。假如聲波在介質中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標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的距離。這就是本系統(tǒng)的測量原理。這里聲波傳播的介質為空氣，采用不可見的超聲波。 </p><p>　　假設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之間距離的兩倍，聲源與目標之間的距離應該是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始終導通；而傳感器距目標面的距離為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 軟件結構</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：負責超聲波測距的控制、結果計算等，另外有部分代碼在中斷服務程序中，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代碼，以及用于顯示刷新的IRQ4中斷服務程序。 </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、測量結果處理、以及顯示刷新程序。 </p><p>　　主程序：主控程序負責控制整個系統(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。用戶需要先調用測距初始化函數(shù)InitMeasure()，再調用該函數(shù)BeginMeasure()即可進行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結果。每一次測距要進行四次測量，這四次的測量結果需要經(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計數(shù)器，當計數(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，再對測量的結果進行處理、換算，以及出錯處理，用戶可以根據(jù)不同的應用對數(shù)據(jù)處理部分的程序作適當?shù)恼{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。用戶需要先調用測距初始化函InitMeasure()，再調用該函數(shù)BeginMeasure()即可進行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結果。每一次測距要進行四次測量，這四次的測量結果需要經(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計數(shù)器（本方案當中使用TimerB），當計數(shù)到預設延時后，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，再對測量的結果進行處理、換算，。其中等待預設延時的原因：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>　　當回波觸發(fā)控制器的外部中斷后，程序會轉到EXT1外部中斷服務子程序中，讀取測量結果，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語音庫當中使用到的一個中斷設置變量：R_InterruptStatus。該變量在語音庫支持文件：hardware.asm當中定義；每次進行語音播放的初始化操作時，語音庫當中會從該變量讀取之前用戶設置的中斷，并以此為基礎設置語音庫

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，也就是將當前中戶的中斷設置情況寫入變量：R_InterruptStatus當中即可。 </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中斷服務程序當中，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，在中斷服務程序當中加入了限制，即當計數(shù)的變量計數(shù)值大于6（即超過了3秒），則關閉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中斷當中，調用語音播放的中斷服務程序；由于比較簡單，這里就不多作介紹，用戶可以查看相關的實驗指導書，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對應一個超聲波測距模組，當探測到0.35m~1.5m的范圍內沒有障礙物時，對應的LED是常滅的；當探測到0.35m~1.5m的范圍內有障礙物時，對應的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，并設置有三個變量保存對應傳感器模組的頻率設置數(shù)據(jù)，即Show_Freq_Set[0]、Show_Freq_S

77、et[1]、Show_Freq_Set[2]。當頻率設置數(shù)據(jù)的值為0時，系統(tǒng)則不對對應的LED進行顯示翻轉，則對應的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，對應用個LED，而當頻率設置數(shù)據(jù)不為0時，計數(shù)器會不斷地計數(shù)（以1KHz），當計數(shù)器的計數(shù)值累加到與頻率設置數(shù)據(jù)一樣時，則會使對應的LED顯示狀態(tài)進行輸出翻轉，并對計數(shù)器進行清零，周而復始。由此可知，當

78、頻率設置數(shù)據(jù)非零時，該數(shù)據(jù)越小，則對應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中斷程序當中調用的顯示刷新程序流程圖。 </p><p>　　注：圖 6.7當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中完成了，所以本方案的主程序并不復雜，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，并將每次測距的結果進行處理，以更新對應的LED顯示頻率設置，以及在符合要求的條件下進行語音提示播放。</p><p>　　在測距結果處理程序當中，系統(tǒng)會針對每一個通道的測距結果進行判斷、處理；當某一通道的測距結果大于1.5m時，則讓對應的LED保持滅

81、的狀態(tài)，并將該通道的顯示頻率設置數(shù)據(jù)設為0；當測距結果小于1.5m時，則設置對應的顯示頻率設置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的大小與測量的結果按一定比例成正比即可。 </p><p>　　當測距結果處理程序會對當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的范圍內時，會進行語音提示的播放。 </p><p>　　圖6.9為測距結果處理程序

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）給轉接板、超聲波測距模組進行供電。 </p><p>　　本方案當中，可將轉接板設計如圖 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可調選項，并將模組上電位器調節(jié)，將比較電壓調節(jié)至3.5V~3.2V之間。調節(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中的“參考源代碼”中的“Car_Radar”文件夾當中；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/調度器等的連接；如果一切有關下載的設置、連接無誤，便可以下載運行程序。 </p><p><b>　　調試 </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，就會有間斷的語音提示，以示對應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中所示結果：</p><p>　　超聲波測距模組V2.0版與61板進行中距測距應用接線實物圖短/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，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&