虛擬儀器課程設(shè)計(jì)正文

成績(jī)成績(jī)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：虛擬儀器課程設(shè)計(jì)題目：基于LabVIEW的超聲波倒車(chē)系統(tǒng)學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生姓名：Xxxxx專(zhuān)業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào)：xxxxx08指導(dǎo)教師：王孝平日期：2016年7月12日摘要：本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為主控，利用HC-SR04超聲波模塊進(jìn)行距離測(cè)量。超聲波模塊采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理后通過(guò)串口發(fā)送到電腦上顯示，在電腦上利用LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與報(bào)警提示功能。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括超聲波測(cè)距模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、串口發(fā)送模塊以及上位機(jī)設(shè)計(jì)模塊。軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)、發(fā)射端程序、接收中斷子程序、串口發(fā)送子程序以及上位機(jī)設(shè)計(jì)程序。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)試能較精確并快速的測(cè)量距離，軟硬件設(shè)計(jì)合理、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性良好。關(guān)鍵詞：超聲波，測(cè)距，串口，LabVIEW，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示與報(bào)警Abstract:ThissystemAT89C51microcontrollerasmastertheuseHC-SR04ultrasonicdistancemeasurementmodule.Ultrasonicmodulesendsthecollecteddatatobackmicrocontroller,themicrocontrollercorrelationprocesssentthroughtheserialportonthecomputertodisplay,onacomputerusingLabVIEWdesignPCsoftware,datareal-timedisplayandalarmfunction.Theentiresystemismodularindesign,includingultrasonicrangingmodule,thesmallestsingle-chipsystemmodule,serialportmoduleandPCmoduledesign.Softwaredesignincludesthemainprogramdesign,launchtheprogramends,thereceptioninterruptsubroutine,sendsubroutineserialportandPCdesignprogram.Bycommissioningtheentiresystemcanbemoreaccuratelyandquicklymeasurethedistance,therationaldesignofhardwareandsoftware,anti-interferenceability,realgood.Keywords:ultrasonic,ranging,serialport,LabVIEW,real-timedatadisplayandalarm通過(guò)發(fā)射出特征頻率的超聲波和反射回接受到特征頻率的超聲波所用的時(shí)間，換算出距離，如超聲波液位物位傳感器，超聲波探頭，適合需要非接觸測(cè)量場(chǎng)合，超聲波測(cè)厚，超聲波汽車(chē)測(cè)距告警裝置等。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它主要由單片機(jī)、超聲波發(fā)射及接收電路、超聲波傳感器、鍵盤(pán)、LED顯示電路及電源電路組成。系統(tǒng)主要功能包括：超聲波的發(fā)射、接收，并根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間計(jì)算測(cè)量距離；檢測(cè)空氣溫度用于距離計(jì)算的補(bǔ)償；LED顯示器顯示距離、溫度；鍵盤(pán)接收用戶(hù)命令并處理；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，用電平式開(kāi)關(guān)與上電復(fù)位電路復(fù)位。圖2-1超聲波測(cè)距儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3主要元件介紹3.1單片機(jī)AT89C51AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。其將通用的微處理器和Flash3.2超聲波傳感器HC-SR043.2.1超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距原理是利用超聲波從發(fā)射到接收過(guò)程中傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算出傳播距離。3.2.2超聲波測(cè)距模塊HC-SR04簡(jiǎn)介HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm

的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

整，否則會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。3.3上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件LabVIEWLabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新例如：NILabVIEW應(yīng)用程序生成器(Windows版)。4硬件電路設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)51單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成。圖4-151單片機(jī)最小系統(tǒng)4.2超聲波模塊與單片機(jī)連接電路超聲波模塊HC-SR04共有四個(gè)引腳，其中第一腳VCC接電源正極（+5v），第4腳GND電路連接原理圖如圖4-2所示。圖4-2超聲波模塊與單片機(jī)連接電路原理圖4.3串口通信電路該器件內(nèi)置USB功能控制器、USB收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號(hào)的UART，只需外接幾只電容就可實(shí)現(xiàn)USB信號(hào)與RS232信號(hào)的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到各種設(shè)備；該器件作為USB/RS232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機(jī)接收USB數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為RS232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面從RS232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送回主機(jī)。這些工作全部由器件自動(dòng)完成，開(kāi)發(fā)者無(wú)需考慮固件設(shè)計(jì)。PL2303的高兼容驅(qū)動(dòng)可在大多操作系統(tǒng)上模擬成傳統(tǒng)COM端口,并允許基于COM端口應(yīng)用可方便地轉(zhuǎn)換成USB接口應(yīng)用，通訊波特率高達(dá)6Mb/s。在工作模式和休眠模式時(shí)都具有功圖3-5PL2303USB轉(zhuǎn)串口原理圖5軟件設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷子程序、串口發(fā)送子程序等模塊組成。5.1主程序設(shè)計(jì)圖5-1為主程序流程圖。系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，進(jìn)入循環(huán)后，控制超聲波傳感器發(fā)出超聲波，同時(shí)使定時(shí)器T0開(kāi)始定時(shí)。延時(shí)一段時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)到接收回波時(shí)，立即使T0停止工作，保存定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。通過(guò)距離計(jì)算公式得出所測(cè)距離，將數(shù)值通過(guò)串口發(fā)送到電腦上。NNY開(kāi)始系統(tǒng)初始化T0停止計(jì)時(shí)，保存計(jì)時(shí)值發(fā)射超聲波，T0計(jì)時(shí)是否接收到反射波利用計(jì)算公式得出距離，通過(guò)串口發(fā)送數(shù)值到電腦圖5-1為主程序流程圖5.2子程序設(shè)計(jì)5.2.1超聲波接收中斷子程序TL0=0;}5.2.2串口發(fā)送子程序串口發(fā)送程序使用定時(shí)器外部中斷1，波特率設(shè)置為9600。5.3LabVIEW主程序設(shè)計(jì)圖5-3是利用LabVIEW設(shè)計(jì)的超聲波倒車(chē)系統(tǒng)程序框圖。首先在程序執(zhí)行前，打開(kāi)串口選擇，對(duì)COM端口號(hào)進(jìn)行選擇后，開(kāi)始運(yùn)行程序。然后上位機(jī)通過(guò)串口開(kāi)始接收下位機(jī)數(shù)據(jù)，也就是單片機(jī)所采集的超聲波測(cè)量距離數(shù)據(jù)，并在波形圖表控件上顯示當(dāng)前測(cè)量的距離。再根據(jù)自己實(shí)際的倒車(chē)情況選擇所需的倒車(chē)距離警示范圍，上位機(jī)進(jìn)行判斷并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。YYNNY開(kāi)始串口選擇聲、光報(bào)警接收下位機(jī)數(shù)據(jù)當(dāng)前距離是否大于設(shè)置距離當(dāng)前行駛處于安全距離設(shè)置倒車(chē)警示距離當(dāng)前距離是否小于最低安全值警示燈50ms閃爍顯示安全距離曲線(xiàn)圖結(jié)束圖5-3超聲波雷達(dá)倒車(chē)系統(tǒng)程序框圖5.3.1前面板控件組成前面板如下圖5-4所示：

圖5-4前面板 LabVIEW上位機(jī)界面配合下位機(jī)（單片機(jī)）能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，加以更加直觀的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能。前面板各種功能控件的使用，使得系統(tǒng)人機(jī)交互更加輕松。5.3.2程序框圖設(shè)計(jì)圖5-5總程序框圖所示。圖5-8報(bào)警距離設(shè)計(jì)6系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試主要是檢測(cè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是否能完成任務(wù)要求的功能。首先讓系統(tǒng)自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，在設(shè)置里面選轉(zhuǎn)旋鈕輸入設(shè)置倒車(chē)距離警示值，采集間隔根據(jù)超聲波回傳數(shù)據(jù)時(shí)間，獲取數(shù)據(jù)后即刻通過(guò)串口傳送至LabVIEW上位機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)顯示圖6-1如下：圖6-2警示燈閃爍在調(diào)試中，設(shè)計(jì)的超聲波雷達(dá)倒車(chē)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及警報(bào)反應(yīng)效率中較為理想。反復(fù)測(cè)試后，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為成功。7心得體會(huì)通過(guò)學(xué)習(xí)我了解到它有一下幾個(gè)有點(diǎn)：第一，圖形化的語(yǔ)言，只要你知道它的每一個(gè)圖標(biāo)和各種內(nèi)置的函數(shù)是表達(dá)怎么樣一個(gè)意思，你就會(huì)用它簡(jiǎn)單快捷的實(shí)現(xiàn)你所要實(shí)現(xiàn)的功能；第二，很多硬件的東西可以用LabVIEW的內(nèi)置各種函數(shù)來(lái)代替，不僅大大節(jié)省了很多外部的各種電路元件，而且利用電腦的CPU高速處理系統(tǒng)，讓我們面對(duì)更加復(fù)雜的控制任務(wù)時(shí)更加從容，而不是局限于單片機(jī)系統(tǒng)有限的處理速度和片內(nèi)資源；第三，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器，LabVIEW的強(qiáng)大之處正在于此，把各種的儀器都在電腦上虛擬化了，讓我們的工作更加方便。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我為能理解和應(yīng)用專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)成果而感悟頗深，同時(shí)我也深深的感受到了基礎(chǔ)知識(shí)的重要性。在以后的學(xué)習(xí)生活中切不可急于求成而忽略了基礎(chǔ)的夯實(shí)，對(duì)一門(mén)系統(tǒng)學(xué)科，應(yīng)該扎實(shí)的學(xué)習(xí)他的每一部分知識(shí)，充分利用各種實(shí)踐環(huán)節(jié)，切實(shí)做到理論聯(lián)系實(shí)踐，學(xué)以致用。同樣，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我也體會(huì)到我們學(xué)習(xí)上的不足。課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間過(guò)得相當(dāng)充實(shí)，在日后的學(xué)習(xí)與工作中，我仍將認(rèn)真鞏固對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。8謝辭本次設(shè)計(jì)是在王孝平老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的，非常感謝老師為了指導(dǎo)我的課程設(shè)計(jì)，放棄了休息的時(shí)間，老師的這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向老師表示的最誠(chéng)摯的謝意。感謝老師對(duì)我的辛勤培育。老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，靈活的思維方式，耐心細(xì)致的言傳身教深深感染激勵(lì)著我，將使我終身受益。課程雖然學(xué)完了，但我們對(duì)于這門(mén)課的學(xué)習(xí)才剛剛起步，真心希望我們能夠在這方面能有更深的造詣！感謝老師給我的幫助，在做課程設(shè)計(jì)期間對(duì)我的細(xì)心教導(dǎo)！參考文獻(xiàn)[1]張健,韓薪莘.《LabVIEW圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用》.北京:中國(guó)鐵道出社

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