超聲波盲人探路儀的設(shè)計(jì)

第I頁超聲波盲人探路儀的設(shè)計(jì)接收。采用超聲波發(fā)射與接受等技術(shù)，設(shè)計(jì)出盲人外出行走所需要提醒繞過前方障礙物的一種超聲波探測器。只需將超聲波盲人探路器安裝在盲人的拐杖上，當(dāng)盲人在走路時前面有障礙物，拐杖上的盲人探路器就會發(fā)出報警聲，因此起到提示的作用小心繞行。并能語音播報離障礙物的距離，讓盲人能夠了解障礙物離自己的距離。這種超聲波盲人探路器使用方便可靠且價格低廉，適合盲人和老人夜間走路,能有效防止事故的發(fā)生,盲人在外出時都會帶一根拐波探測原理組成一個微型探測器并組裝在拐杖手柄內(nèi)，不僅可以提高探測效果THEDESIGNOFTHEULTRASONICBLINDLIGHTINGAPPARATUSbypassanultrasonicdetector.JustultrasonicblindPathfindermountedontheblindcane,whenthereisanobstacleinfrontoftheblindinwalking,theblindblindandtheelderlytowalkatnight,caneffectivelypreventtheoccurrenceof Abstract II 第2章系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 第3章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 蝙蝠能在完全黑暗中，以極快的速度精確地飛翔，從不會同前方的物體相撞，蝙蝠在飛行時，喉內(nèi)產(chǎn)生并能從通過口腔發(fā)出人耳聽不到的超聲波，當(dāng)遇到食物或障礙物時，超聲波會反射回來，蝙蝠用兩耳接受物體的反射波，并據(jù)此確定該物體的位置，并可從兩耳分別接受到回波間的差別，來辨別物體的遠(yuǎn)近、形狀及性質(zhì)，蝙蝠在空中能利用超聲波來“導(dǎo)航”，就能迅速準(zhǔn)確捕捉反射回來的超聲波，因?yàn)槁曇艨梢詡鬟f能量，根據(jù)聲音傳遞的能量引起盲人的觸覺，讓盲人感覺到，萬人失明，由于看不見，他們只能用60%的感覺來獲取信息，外出行動很不方便。對于這些特殊群體，如何安全外出是最大的問題。因而設(shè)計(jì)一款實(shí)用的盲人探測器來幫助視通過本次工程實(shí)踐，運(yùn)用《MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用》所學(xué)知識及查閱相關(guān)資料，結(jié)合超聲波發(fā)射與接收技術(shù)完成超聲波盲人探路儀的制作，達(dá)到理論知識與實(shí)踐更好結(jié)合、提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識和設(shè)計(jì)能力的目的。1、通過查閱相關(guān)資料對超聲波發(fā)射電路及超聲波接收電路，語音電路，蜂鳴器提醒電路進(jìn)行進(jìn)一步2、在充分分析內(nèi)部邏輯的概念，進(jìn)行軟件和調(diào)試，學(xué)會使用，并能夠以其為平臺設(shè)計(jì)出具有超聲波測距，超聲波壁障以及語音播報報警距離能力超聲波盲人探路儀的硬件電路和軟件程序。播報距離。整個設(shè)計(jì)首先需要確定的是主控芯片，所以下面我從主控芯片的電路設(shè)計(jì)開始說明，系語音芯片超聲波單片機(jī)蜂鳴器報警語音播報按鍵對于時鐘電路的設(shè)計(jì)，XTAL1和XTAL2振的片內(nèi)振蕩器，還可以直接由外部時鐘驅(qū)動。本設(shè)計(jì)中采用的是利用外部晶振實(shí)現(xiàn)內(nèi)時鐘模式，即使用了芯片內(nèi)部振蕩電路，在兩個時鐘管家的外部接上晶振和兩個瓷片電容，內(nèi)部振蕩器就可以產(chǎn)生自激振蕩了。本設(shè)計(jì)中我們采用了的12M的石英晶振。和石英晶振并聯(lián)的兩個瓷片電容的大小在電路中的位置要與單片機(jī)靠盡量進(jìn)一些，以減少引線產(chǎn)生的寄生電容，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。晶振有沒有起振，可以說明單片機(jī)有沒有正常工作，我們可以使用萬用表測量時鐘管腳和地之間的電壓時，如果該電壓在2V左右則證明單片機(jī)正常工作。機(jī)器周期以上的高電平時，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST保持持續(xù)的高電平，則會導(dǎo)致單片機(jī)一直處于復(fù)位狀態(tài)不能正常工作。復(fù)位操作一般分為上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位。系統(tǒng)上電的瞬間，根據(jù)電容的特性電解電容兩端電壓不會突變，此時電解電容的負(fù)極和復(fù)位引腳連接在一起，電源的電壓全部加在了電阻上，復(fù)位引腳的輸入為高，單片機(jī)被復(fù)位。然后系統(tǒng)電源給電容充電，則電阻上的電壓逐漸減小，當(dāng)電壓低于復(fù)位的閥值時，單片機(jī)停止復(fù)位操作，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)的復(fù)位按鍵是并聯(lián)在電容的兩端的，當(dāng)系統(tǒng)上電時即可有一次上電復(fù)位了，當(dāng)單片機(jī)正常工作以后，通過按下復(fù)位按鍵使復(fù)位管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的進(jìn)行復(fù)位超聲波測距電路的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的核心所在，所以必須慎重的考量，老師的幫助，我們大體確定了一下幾個方案，下面對各個方案進(jìn)行說明●超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)方案論證發(fā)送原理：由單片機(jī)產(chǎn)生頻率為40KHZ的脈沖，經(jīng)過放大由超聲波發(fā)射頭發(fā)射。A、采用反相器驅(qū)動壓電式超聲波發(fā)射頭B、采用555驅(qū)動壓電式超聲波發(fā)射頭說明：其頻率的產(chǎn)生不需要軟件產(chǎn)生，直接硬件產(chǎn)生即可，并且電壓可以加到12v電壓的C、用三級管驅(qū)動脈沖變壓器驅(qū)動說明：其頻率的產(chǎn)生需要軟件產(chǎn)生，其激勵電壓由脈沖變壓的功率和副邊電壓輸出。D、采用集成的超聲波發(fā)射系統(tǒng)效果理想，能滿足項(xiàng)目要求。接收原理:首先對接收到的40KHZ小信號進(jìn)行濾波放大，再經(jīng)帶通，濾波電路，再經(jīng)檢A、采用集成芯片構(gòu)建接收電路聲波結(jié)婚搜的集成電路，它既可以做反射電路，又可以用于接收放大電路，這樣電路接收B、采用運(yùn)放和分立元器件說明：那么放大電路，濾波電路，檢波電路等電路必須自己設(shè)計(jì)完成，并且可以根據(jù)自己實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)各部分電路，以便能達(dá)到最佳效果。不過，這樣會加大電路設(shè)計(jì)難度和2.2.1超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)確定超聲波發(fā)射電路和接收電路的設(shè)計(jì)以后接下來我們首先對發(fā)射電路的設(shè)計(jì)做一個分析。發(fā)射一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波發(fā)射部分原理圖如圖2-3所示。2.2.2超聲波接收電路設(shè)計(jì)紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖4)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可接收部分原理圖如圖2-4所示。本設(shè)計(jì)中語音播報電路完成的功能是在有需要時，播報測距的距離值。通過對語音播報方面資料的個方面的資料進(jìn)行介紹。2.3.1語音芯片類型介紹1、錄音芯片及放音芯片的選擇語音芯片從使用功能上，基本可以劃分為錄音語音芯片和放音語音芯片。設(shè)計(jì)一個使用語音芯片的產(chǎn)品，首先要考慮是否使用錄制現(xiàn)場語音，如需要錄制語音則選用帶有錄音功能的語音芯片，否則就選用只有放音功能的語音芯片。通常帶有錄音功能的語音芯片都具有回放語音的功能，但是在播放語音時，音質(zhì)都沒有專門的放音語音芯片好，所以在選擇語音芯片時要權(quán)衡功能及音質(zhì)方面安防系統(tǒng)、會議記錄系統(tǒng)、錄音玩具等產(chǎn)品都要求具備錄音功能，這類型產(chǎn)品的開發(fā)都會用到簡潔的外圍電路和更佳的效果。如WTR-S4、WTV-NAND錄音模塊，這些模塊利用外部的FLASHROM作為存儲中心，因而能夠錄制更長時間的語音。僅用到放音功能的設(shè)備很多，像治療儀、倒車?yán)走_(dá)、報站器、報警器等。這類型的產(chǎn)品不需要要修改語音、語音長度短的場合，從放音的長度上可以分為10秒、20秒、40秒、8也可以及時拿貨。主要應(yīng)用在中低端玩具、電子琴、電動車等產(chǎn)品上。能存儲更大的語音文件。EEPROM通常都會集成在芯片中，此類型語音芯片價格比較昂貴，如才能工作，價格比OTP的稍高，但整體售價比EEPROM的低，適合制樣非忙狀態(tài)才能對其進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，DATA是數(shù)據(jù)輸入口，CLK是時鐘輸本系統(tǒng)中當(dāng)測得的距離越低蜂鳴器鳴叫的頻率就越高，所以我們選擇的是無源蜂鳴器，其電路的設(shè)計(jì)也比較簡單，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的輸出電流不足以驅(qū)動蜂鳴器，所以本設(shè)計(jì)中采用普通的三極管本設(shè)計(jì)整體實(shí)現(xiàn)的功能大體是上電后，超聲波實(shí)時測距，蜂鳴器根據(jù)距離的遠(yuǎn)近發(fā)出從低到高頻率的聲音，播報鍵按下時，播報當(dāng)前的距離值?？傮w程序流程圖如圖3-1所示。開始開始系統(tǒng)初始化發(fā)出40khz觸發(fā)波形檢測回波否計(jì)算距離是否超過安全距離否是否有播報按鍵按下是語音播報當(dāng)前值是蜂鳴器報警超聲波程序首先設(shè)置定時器的初值和工作方式，使總中斷允許位EA=1，并給顯示端口清零。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延時0.1ms（這也就是測距器會有一個最小可能測距的原因）后，才能打開外中斷0即關(guān)閉計(jì)時器T0停止計(jì)時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1，程序流程圖如圖4-2所示。開始開始初始化是否有外部中斷YN根據(jù)時間計(jì)算出距離根據(jù)距離值蜂鳴器不同頻率響應(yīng)發(fā)射按鍵是否按下超聲波NY本設(shè)計(jì)中我們使用使用的語音芯片是NY3P065A，NY3P065A的放音方式是直接將地址內(nèi)對應(yīng)程序開始程序開始N放音鍵Y距離值轉(zhuǎn)換對應(yīng)地址寫入對應(yīng)地址值播報對應(yīng)距離值超聲波程序在每次讀取距離值后都會將讀取到的數(shù)據(jù)X與所設(shè)定好的上限值進(jìn)行比較，當(dāng)測量后讀取到的數(shù)據(jù)不在所設(shè)定的范圍內(nèi)時，蜂鳴器就發(fā)出警報聲音，若小于上限值，則根據(jù)距離值由大到小讓蜂鳴器發(fā)出從高到低的鳴叫聲。蜂鳴器程序流程如圖4-4所示。距離XNX<上限值NY3Y蜂鳴器鳴叫X>上限值蜂鳴器鳴叫性比較高、靈敏度比較高，盲區(qū)范圍小，分辨率小于0.01m,被測目標(biāo)不需要垂直于超聲波測度保持在正負(fù)30度，被測目標(biāo)表面不需要平坦；但是在檢測過程中會有一些不便的地方：1.測量時在超聲波測距儀周圍沒有其他可反射超聲波的物體，由于發(fā)射功率有限，測距儀無法測2.因?yàn)閷?shí)現(xiàn)測距所以電路的電流相對比較大。3.不能夠?qū)崿F(xiàn)不同溫度下的測距功能。4.因?yàn)槌暡ㄊ菍⒖諝庾鳛槊浇樗允茈姶鸥蓴_比較大。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接受，根據(jù)超聲波傳播的時間來計(jì)算出傳播距離。實(shí)用的測距方法有兩種，一種是在被測距離的兩端，一端發(fā)射，另一端接收的直接波方式，適用于身高獲得較為準(zhǔn)確的溫度值，度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測距精度的校正。超聲波測距裝置首先測量距離已知通過這樣的方法，我們也能夠順利的求出聲速，省去了使用傳感器測量溫度所帶來的麻煩。因此，只用為測距設(shè)備設(shè)定“標(biāo)定”和“測量”兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實(shí)現(xiàn)的高精度測距功的設(shè)計(jì)以及電路的搭建與調(diào)試。為主處理器，通過超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，再通過單片機(jī)中斷測出單片機(jī)由發(fā)射到接收到超聲波的時間，再計(jì)算出單片機(jī)與被測物體之間的距離，然后通過數(shù)碼管顯示出被測物體與單片機(jī)一路經(jīng)一級反向后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向后送到超聲波換能器的另一個電極。超聲波接收采用的是常用于電視紅外遙控接收器的芯片CX20106A。顯示電路采用四位數(shù)碼本電路設(shè)計(jì)由于元器件及其成板誤差，測量最大距離未能達(dá)到設(shè)計(jì)初衷要求，但對測量距離結(jié)果的誤差影響不大，能滿足日常生活、工業(yè)生產(chǎn)的測量要求，因此此設(shè)計(jì)有著很大的意義。同時通過這個設(shè)計(jì)能夠提高我對單片機(jī)的認(rèn)識、編程能力和電路設(shè)計(jì)能力。[1]張藝剛單片機(jī)原理與接口技術(shù)·北京航空航天大學(xué)出版社·2005·68~105[3]李華單片機(jī)C語言編程·北京航空航天大學(xué)出版社·2005·26~56[5]蘇偉超聲波測距誤差分析.傳感器技術(shù)·2005·第五期·23[6]周荷琴、吳秀清微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)·中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社·2009·45~47[7]靳達(dá)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航·人民郵電出版社·2003·26~29[8]余永權(quán)、汪明慧等單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用·電子工業(yè)出版社·2004·45~51[9]胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù)·清華大學(xué)出版社·2004·11~23[10]劉鳳然基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)·傳感器世界·2001·20~31[11]趙建領(lǐng)，薛園園.零基礎(chǔ)學(xué)單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009：15-18.[12]田立.51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)快速入門[M].北京:人民郵電出版社,2007：10-15.[13]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用——基于KeilC與Proteus[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010：56-75.[14]宋永樂．高精度超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)．現(xiàn)在電子技術(shù)．2008,31(15)：137-139.[18]翟金輝．超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M]．中國儀器儀表．2007(8)：44-45.LCM_Einit(void);//初始化//顯示函數(shù)//發(fā)射超聲波/**********************************函數(shù)名稱：初始化函數(shù)入口參數(shù)：無**********************************/{TL0=0;/*設(shè)定T0的工作模式為2*/IT1=1;//下降沿有效,左傳感器}/**********************************函數(shù)名稱：延時函數(shù)**********************************/{uchari;{};}/***********************************************************************************************/{ucharj;for(j=50;j>0;j--);}/**********************************函數(shù)名稱：超聲波發(fā)射函數(shù)入口參數(shù)：無**********************************/{uc