超声波蔽障小车设计方案.docx
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超声波蔽障小车设计方案
超声波蔽障小车设计方案
一、系统总体方案选择与说明
1.系统总体方案选择
该毕业设计是利用MCS-51单片机部的定时/计数器、中断系统、和LED显示器等部件,设计的一个单片机控制系统。
超声波传感器的信号在单片机运算后对电机驱动模块进行控制电平输出,从而对电机的转向控制
2.说明
(1)系统由STC89C52、按键、电容、电阻等部分构成,能实现时间的脉冲等功能。
对超声波传感器发送40KHZ的脉冲。
(2)回波计时用于计算超声波接受端子从发送出脉冲到遇到障碍物返回后的时间
(3)中断:
中断技术在单片系统中有着十分重要的作用,它不仅可以提高单片机CPU的效率,也可以对突发事件处理。
所谓中断就是当CPU正在执行程序A时,发生了另一个急需处理的事件B,这是CPU暂停当前执行的程序A,立即转去执行处理事件B的程序,处理完事件B后,再返回到程序A继续执行,这个过程被叫做中断。
关于中断的概念有下列几个名词:
(1)程序A称为主程序,
(2)处理事件B的程序称为中断服务程序,(3)主程序中转向中断服务程序的地方称为断点,(4)引起中断的原因即事件B称为中断源,(5)转去执行中断服务程序称为中断响应。
关于中断的概念可以打个如下的比喻。
领导(CPU)在自己的房间办公(执行主程序),下属(外设)有问题打来请示(中断源),领导停下正在进行的工作,通过给下属做指示(执行中断服务程序),指示完后,领导挂断,继续做自己的工作(返回主程序继续执行)。
二、系统结构框图与工作原理
1.系统结构框图
小车整体结构,双轮驱动,前轮靠万向轮方便转向
2.工作原理
蔽障功能是利用单片机部的定时器\计数器和外部中断来实现的,它的处理过程如下:
首先设定单片机部的一个定时器\计数器工作于定时方式,然后通过某个P口发送40KHZ,经过一级放大后接超声波发送端,不断的向车前方发送超声波,超声波在空气中的速度就是声音的速度340M/S,当车行驶到前方障碍物预计距离时,接收端子收到同等频率的信号脉冲,再经过一级整形放大后送回外部中断0,P3.2,单片机在部计算和预设值做对比,进行对电机驱动控制,从而实现蔽障功能。
三、各单元硬件设计
1.单片机
在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。
Intel公司推出了MCS-51系列单片机:
集成8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。
寻址围64K,并有控制功能较强的布尔处理器。
2.引脚
P3第二功能各引脚功能定义:
P3.0:
RXD串行口输入
P3.1:
TXD串行口输出
P3.2:
INT0外部中断0输入
P3.3:
INT1外部中断1输入
P3.4:
T0定时器0外部输入
P3.5:
T1定时器1外部输入
P3.6:
WR外部写控制
P3.7:
RD外部读控制
总线(BUS)是计算机各部件之间传送信息的公共通道。
微机中有部总线和外部总线两类。
部总线是CPU部之间的连线。
外部总线是指CPU与其它部件之间的连线。
外部总线有三种:
数据总线DB(DataBus),地址总线AB(AddressBus)和控制总线(ControlBus)
3.定时器应用
在方式1下,定时/计数器T0和T1的方式1都是相同的,以下仅以T0为例。
T0构成一个16位的计数器,由TH0的8位和TL0的8位组成,满计数值为216。
T0启动后立即加1计数,当TL0计数溢出时向TH0进位,TH0计数溢出则对相应的溢出标志位TF0置位,以此作为定时器溢出中断标志。
当单片机进入中断服务程序时,由部硬件自动清除该标志。
(1)MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时\计数器可:
定时\计数器T0和定时\计数器T1。
它由加法计数器、方式寄存器TMOD、控制寄存器TCON等组成。
方式寄存器用于设定定时计数器T0和T1的工作方式,控制寄存器用于对定时计数器启动、停止进行控制。
(2)每个定时计数器既可以对系统时钟计数实现定时,也可以外部信号计数实现计数功能通过编程设定来实现。
(3)每个定时计数器都有多种工作方式,其中T0有四种工作方式,T1有三种工作方式,T2有三种工作方式。
通过编程可设定工作于某种方式。
四种工作方式为:
13位定时\计数器、16位定时\计数器、8位自动重置定时\计数器、两个8位定时\计数器(只有T0有)
(4)每一个定时计数器定时计数时间到时产生溢出,使相应的溢出位置位,溢出可通过查询或中断方式处理。
4.中断系统
(1)MCS-51单片机提供5个硬件中断源,2个外部中断源,2个定时计数器T0和T1的溢出中断TF0和TF1,1个串行口发送TI和接收RI中断。
(2)MCS-51单片机中没有专门的开中断和关中断指令,对各个中断源的允许和屏蔽是由部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。
中断允许寄存器IE的字节地址为A8H,可以进行位寻址。
系统复位时,中断允许寄存器IE的容为00H,如果要开放某个中断源,则必须使IE中的总控置位和对应的中断允许位置“1”。
(3)MCS-51单片机有5个中断源,为了处理方便,每个中断源有两级控制,高优先级和低优先级。
通过由部的中断优先级寄存器IP来设置,中断优先级寄存器IP的字节地址为B8H,可以进行位寻址。
如果某位被置“1”,则对应的中断源被设为高优先级;如果某位被清零,则对应的中断源被设为低优先级。
对于同级中断源,系统有默认的优先权顺序,从高到低优先权顺序为外部中断0、定时计数器T0中断、外部中断1、定时计数器T1中断、串行口中断。
通过设置中断优先级寄存器IP能够改变系统默认的优先级顺序。
(4)MCS-51单片机响应中断的条件为:
中断源有请求且中断允许。
。
5.CD4011B
4个与非门
6.L298N双电机驱动芯片
分别控制两个电机,具有输出电流大,工作电压高,最高工作电压可达46V,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流2A,含两个H桥的高电压,大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电机和步进电机,继电器,线圈等感性负载。
7.7805三端稳压电源
标准接法
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如7806表示输出电压为正6V,7909表示输出电压为负9V。
四、软件设计与说明(包括流程图)
C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持,很多硬件开发都用C语言编程,如:
各种单片机、DSP、ARM等。
C语言程序本身不依赖于机器硬件系统,基本上不作修改就可将程序从不同的单片机中移植过来。
C提供了很多数学函数并支持浮点运算,开发效率高,故可缩短开发时间,增加程序可读性和可维护性。
1.C语言基础
C-51的数据类型
C-51的数据类型扩充定义:
sfr:
特殊功能寄存器声明
sfr16:
sfr的16位数据声明
sbit:
特殊功能位声明
bit:
位变量声明
例:
sfrSCON=0X98;
sfr16T2=0xCC;
sbitOV=PSW^2;
C-51数据的存储类型:
例:
数据类型变量名
charvar1;
bitflags;
unsignedcharvextor[10];
intwwww;
注意:
变量名不能用C语言中的关键字表示。
C-51的包含的头文件:
通常有:
reg51.hreg52.hmath.hctype.hstdio.hstdlib.habsacc.h
常用有:
reg51.hreg52.h
(定义特殊功能寄存器和位寄存器);
math.h(定义常用数学运算);
C-51的运算符:
与C语言基本相同:
+-*/(加减乘除)
>>=<<=(大于大于等于小于小于等于)
==!
=(测试等于测试不等于)
&&||!
(逻辑与逻辑或逻辑非)
>><<(位右移位左移)
&|(按位与按位或)
^~(按位异或按位取反)
C-51的基本语句:
if选择语言
while循环语言
for循环语言
switch/case多分支选择语言
do-while循环语言
中断服务程序:
函数名()interruptnusingm
{
函数部实现….
}
I/O口定义:
sbitbeep=P2^3;
Main函数:
格式:
voidmain()
特点:
无返回值,无参。
任何一个C程序有且仅有一个main函数,它是整个程序开始执行的入口。
例:
voidmain()
{
总程序从这里开始执行;
其他语句;
}
电子时钟的软件系统由主程序和子程序组成,主程序程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块等,
2.主程序
主程序执行流程如下图
主程序执行流程
3.定时器/计数器T1中断服务程序
定时器/计数器T0用于时间计时。
选择方式1,重复定时,定时时间设为50ms,定时时间到则中断,在中断服务程序中用一个计数器对50ms计数,计20次则对秒单元加1,秒单元加到60则对分单元加1,同时秒单元清0;分单元加到60则对时单元加1,同时分单元清0;时单元加到24则对时单元清0,标志一天时间计满。
在对各单元计数的同时,把它们的值放到存储单元的指定位置。
4.程序清单
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uchartt,i,us;
sbitmc=P1^0;//方波输出口
sbitmr=P3^2;//方波接受
sbitdk_1z=P2^0;
sbitdz_z=P2^1;
sbitdk_1f=P2^2;
sbitdk_2z=P1^1;
sbitdy_z=P1^2;
sbitdk_2f=P1^3;
sbitcs=P0^0;
sbitbeep=P3^4;
sbitd1=P1^4;
voidsond(unsignedcharus);//初始化超声波
voiddelay(uintz);//初始化延时
voidzheng();
voidzhuanwan();
voidtimer();
voidmain()//主函数
{
timer();
zheng();
while
(1)
{
sond(20);//发送超声波
}
}
voidtimer1_isovr()interrupt3
{
tt++;
}
voidint0()interrupt0
{
TR1=0;//关闭计时
ET1=0;//关闭计时中断
if(tt<=6)//是否到5cm
{
tt=0;
zhuanwan();//转向
delay(500);//延时半秒
zheng();//继续直走
}
else//如果没到5cm继续直走
{
zheng();
}
while
(1)
{
sond(15);//发送超声波
}
}
voidsond(unsignedcharus)//超声波发送程序
{
while(us--)
{
mc=0;
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
_nop_();
mc=1;
_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();
}
}
voiddelay(uintz)
{
uintx,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
voidzheng()
{
dk_1z=1;
dz_z=1;
dk_1f=0;
dk_2z=1;
dy_z=1;
dk_2f=0;
}
voidzhuanwan()
{
dk_1z=1;
dz_z=1;
dk_1f=0;
dk_2z=0;
dy_z=1;
dk_2f=1;
}
voidtimer()
{
TMOD=0x20;
EA=1;
EX0=1;
IT0=1;
ET1=1;
TH1=0x47;
TR1=1;
}
五、电路及其各模块
1、单片机小系统
实物图
串口
USB转串口即实现计算机USB接口到通用串口之间的转换.为没有串口的计算机提供快速的通道,而且,使用本产品等于将传统的串口设备变成了即插即用的USB设备。
作为应用最广泛的USB接口,每台电脑必不可少的通讯接口之一,它的最大特点是支持热插拨,即插即用。
传输速度快。
手绘原理图
回波信号仿真连接图
回波信号
回波信号是超声波接收端接收到的信号经过整形放大后送回单片机,上图就是送回信号
发送信号仿真
信号发送是从单片机部进行程序烧写对P1.0口发出25US一个周期的方波,上图就是发出信号测试。
2.电源模块
7805三端稳压电源
78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示,这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805,C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容,RL为负载电阻。
当输出电流较大时,7805应配上散热板,上图黑色部分就是散热片。
3.超声波模块
超声波是频率高于20000赫兹的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距,测速,清洗,焊接,碎石、杀菌消毒等。
在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
1)超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2)超声波可传递很强的能量。
3)超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
4)超声波在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
这里仅介绍小型超声波传感器,发送与接收略有差别,它适用于在空气中传播,工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。
这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。
该种有T/R-40-60,T/R-40-12等(其中T表示发送,R表示接收,40表示频率为40KHZ,16及12表示其外径尺寸,以毫米计)。
4.信号处理模块
5.开关模块
自锁开关,是常见自锁按钮开关自锁开关是一种常见的按钮开关。
在开关按钮第一次按时,开关接通并保持,即自锁,在开关按钮第二次按时,开关断开,同时开关按钮弹出来。
6.机械模块(电机)
减速电机其优点是扭矩大,转速慢,利于驱动负载大一点的重物,本设计的用的是200R/min
致
不积跬步何以至千里,本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责,使我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现。
正是有了他们的悉心帮助和支持,才使我的毕业论文工作顺利完成,在此向高新科技学院计算机科学与技术系的全体老师表示由衷的意。
感他们三年来的辛勤栽培,感老师提供实验仪器,感老师对我的教导,在今后的道路上我会继续努力,在老师传授给我知识的基础上,我会更加努力。
参考文献:
[1]郭天祥著.《51单片机C语言教程》电子工业
[2]王守中著.《51单片机应用开发速查手册》人民邮电
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 超声波 小车 设计方案