PAGEPAGE1PAGEPAGE6基于單片機(jī)的多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)階段自動(dòng)化發(fā)展迅速，越來(lái)越多的設(shè)備趨向于無(wú)人化、自動(dòng)化，自動(dòng)運(yùn)輸也逐漸成為潮流，例如流水線(xiàn)完成的產(chǎn)品的運(yùn)輸，無(wú)人智能車(chē)，科學(xué)探測(cè)車(chē)等，其主要的是障礙物檢測(cè)系統(tǒng)，以此系統(tǒng)為基底完成其他的要求，所以研究多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義。本障礙物檢測(cè)系統(tǒng)包括STC89C52單片機(jī)、TOF10120激光傳感器，LCD1602液晶顯示器，語(yǔ)音播報(bào)模塊完成障礙物檢測(cè)。利用激光檢測(cè)距離，經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比是否小于最小預(yù)警距離，輸出指令控制語(yǔ)音播報(bào)模塊實(shí)時(shí)播報(bào)距離。本設(shè)計(jì)成本低廉，識(shí)別精準(zhǔn)，符合設(shè)計(jì)初衷，可應(yīng)用于物料分揀，無(wú)人車(chē)，倒車(chē)?yán)走_(dá)等應(yīng)用場(chǎng)景。關(guān)鍵詞：激光傳感器STC89C52障礙物檢測(cè)目錄TOC\o"1-3"\h\u157151.緒論 1219651.1課題背景 1132921.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1196921.3設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 2111401.3.1研究?jī)?nèi)容 220191.3.2論文內(nèi)容安排 2275222.總體方案設(shè)計(jì) 4294072.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 4124892.2系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 4314832.3功能模塊的選擇 5206712.3.1主控模塊 5127602.3.2障礙物檢測(cè)模塊和測(cè)距模塊 6105122.2.4危險(xiǎn)警報(bào)模塊 8283682.2.5液晶顯示模塊 9272672.2.6電源模塊 9253482.2.7語(yǔ)音播報(bào)模塊 10326123.硬件設(shè)計(jì) 12324013.1總電路圖 1246883.2.1單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 12145103.2.2電源電路 1383043.2.3時(shí)鐘電路 1365353.2.4復(fù)位電路 1467483.2.5蜂鳴器報(bào)警電路 1471743.2.6LCD1602液晶顯示電路 15289863.2.7按鍵電路 16284073.3障礙物檢測(cè)電路 1666283.4語(yǔ)音播報(bào)電路 1961774.校準(zhǔn)調(diào)試分析 2076944.1PCB圖繪制 20208104.2材料焊接組裝 21214424.2實(shí)物的測(cè)試 22302744.2.1按鍵系統(tǒng)的測(cè)試 22219434.2.2障礙物測(cè)試 23216114.3測(cè)障數(shù)據(jù)計(jì)算 24274585.總結(jié)與展望 26285045.1總結(jié) 26176545.2關(guān)于工程與社會(huì) 26111215.3關(guān)于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展 27233465.4關(guān)于工程項(xiàng)目管理 2758315.5展望 2726156參考文獻(xiàn) 2925400附錄一電路原理圖 3125195附錄二PCB圖 32PAGEPAGE1PAGEPAGE11.緒論1.1課題背景現(xiàn)在進(jìn)入了信息自動(dòng)化的時(shí)代，伴隨著科技的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)，航空飛行，運(yùn)輸，機(jī)械制造，輕工業(yè)等領(lǐng)域出現(xiàn)了越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備，其中大部分的設(shè)備具備障礙物檢測(cè)的功能。如今自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)緊密結(jié)合在一起，其中傳感器檢測(cè)技術(shù)是主力，所以傳感器檢測(cè)技術(shù)的研究是愈發(fā)重要，而多傳感器能更為精準(zhǔn)的檢測(cè)收集數(shù)據(jù)，補(bǔ)足了單一傳感器的不足?，F(xiàn)在各類(lèi)智能無(wú)人車(chē)快速發(fā)展，其搭載許多系統(tǒng)，障礙物檢測(cè)系統(tǒng)必然是其重中之重，它不僅是維持智能車(chē)正常移動(dòng)的部分，也是保護(hù)車(chē)體安全的重要部分，在車(chē)輛的前進(jìn)，后退中都能用的到這個(gè)系統(tǒng)?，F(xiàn)在日益增長(zhǎng)的私家車(chē)數(shù)量導(dǎo)致道路擁擠，行車(chē)安全成為人們的關(guān)注重點(diǎn)，因此在車(chē)輛的行進(jìn)中對(duì)固定方向的障礙物檢測(cè)成了研究的重點(diǎn)，利用傳感器能夠及時(shí)準(zhǔn)確的得到距離信息，而多傳感器障礙物測(cè)距系統(tǒng)的使用極大地提高了安全性，保障了車(chē)輛，人，貨物的安全。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳感器檢測(cè)障礙物是一種常見(jiàn)的基本物理量檢測(cè)方式。在檢測(cè)技術(shù)中有各種各樣的傳感器來(lái)測(cè)量不同數(shù)值參數(shù)。在測(cè)量障礙物方面現(xiàn)在廣泛的使用激光傳感器來(lái)檢測(cè)，激光測(cè)距是一種不受濕度和被測(cè)物體形狀影響的非基本檢測(cè)方法。與其它工業(yè)計(jì)量測(cè)距實(shí)時(shí)控制測(cè)量系統(tǒng)及其產(chǎn)品性能相比,它更衛(wèi)生,適用于各種強(qiáng)風(fēng)大霧、雨雪等惡劣天氣應(yīng)用環(huán)境,具有后期安裝維護(hù)費(fèi)少和用時(shí)小、體積小、無(wú)任何環(huán)境污染、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等多大性能優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于石油、造紙、礦產(chǎn)、能源工業(yè)等的生產(chǎn),化工、水處理、農(nóng)業(yè)報(bào)廢污水處理、灌溉、環(huán)境科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)、食品、防洪、空間移動(dòng)距離精度定位極限距離測(cè)量等行業(yè)，可精準(zhǔn)測(cè)量不同環(huán)境下的距離精度，可直接用于酒精等液位控制，它可以設(shè)置差值的大小，直接顯示多個(gè)液位罐的液位和料位高度，因此激光在空氣介質(zhì)的特殊環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，激光檢測(cè)往往快速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，測(cè)量精度滿(mǎn)足工業(yè)實(shí)際要求。因此，要使自動(dòng)移動(dòng)物體自動(dòng)避開(kāi)障礙物，就必須配備障礙物檢測(cè)系統(tǒng)，使其能夠及時(shí)得到障礙物的方向和距離等。激光測(cè)距系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究，基于這些這些優(yōu)點(diǎn)，激光測(cè)距系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用于倒車(chē)?yán)走_(dá)的研制。倒車(chē)?yán)走_(dá)又稱(chēng)倒車(chē)輔助系統(tǒng)，是一種用于安全停車(chē)的輔助裝置，它主要能以語(yǔ)音警報(bào)或更直觀(guān)的圖像顯示方式實(shí)時(shí)通知倒車(chē)駕駛員倒車(chē)時(shí)可能遇到的周邊障礙物,減少倒車(chē)駕駛員倒車(chē)時(shí)出現(xiàn)左右方向探視的倒車(chē)問(wèn)題,并可以幫助倒車(chē)駕駛員快速清除車(chē)道看不見(jiàn)的死角缺陷和減少視線(xiàn)模糊的倒車(chē)問(wèn)題,大大提高車(chē)輛倒車(chē)時(shí)的安全性和可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由機(jī)動(dòng)車(chē)后輪與盲區(qū)碰撞引起的道路交通事故在中國(guó)約占30%，在美國(guó)約占20%，在美國(guó)，每年約有三百人死亡，18000人受傷，他們大多是兒童和老年人，倒車(chē)輔助電子設(shè)備在安全方面起著至關(guān)重要的作用，很多新人都不熟練開(kāi)車(chē)，害怕倒車(chē)從而導(dǎo)致倒車(chē)技術(shù)負(fù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致事故率依舊居高不下。有些倒車(chē)?yán)走_(dá)無(wú)法識(shí)別車(chē)后的大石頭和水坑，很容易造成事故，因此，這樣的雷達(dá)裝置是不可能滿(mǎn)足人們的需求的，從原來(lái)的倒車(chē)語(yǔ)音到超聲波探頭，再到現(xiàn)在流行的視覺(jué)倒車(chē)?yán)走_(dá)，倒車(chē)系統(tǒng)正在蓬勃發(fā)展，如今，多障礙物檢測(cè)組成的可視倒車(chē)?yán)走_(dá)產(chǎn)品已成為汽車(chē)必備的安全裝備之一。1.3設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容1.3.1研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集，并且對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、顯示、并轉(zhuǎn)化為輸出信號(hào)。本系統(tǒng)中通過(guò)激光傳感器測(cè)得障礙物和距離，把獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給51單片機(jī)，經(jīng)過(guò)判斷是否小于預(yù)定的危險(xiǎn)距離，若是那么單片機(jī)輸出信號(hào)給蜂鳴器，發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)，并且可以通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)模塊實(shí)時(shí)報(bào)出與各方向障礙物的距離。此課題分為硬件和軟件部分，本文負(fù)責(zé)的是硬件部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。1.3.2論文內(nèi)容安排第一章為緒論介紹設(shè)計(jì)背景，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，研究?jī)?nèi)容，介紹一下文章的結(jié)構(gòu)安排。第二章為該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)的介紹本系統(tǒng)的功能和元器件。根據(jù)課題內(nèi)容分析了系統(tǒng)需要哪些功能，理出一條設(shè)計(jì)思路，拓寬設(shè)計(jì)思路提出總體設(shè)計(jì)方案，最后根據(jù)方案需求合理地選取元器件。第三章為系統(tǒng)的硬件部分，展示電路部分的設(shè)計(jì)和原理。設(shè)計(jì)并畫(huà)出硬件電路圖，明確各個(gè)模塊能夠達(dá)到的功能。第四章為校準(zhǔn)調(diào)試分析，根據(jù)前面的軟硬設(shè)計(jì)做實(shí)物，分析、解決系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能從而達(dá)到作品預(yù)期的成效。第五章總結(jié)與展望，概括了本次設(shè)計(jì)研究的成果，分析了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，希望通過(guò)以后的學(xué)習(xí)可以對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

2.總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能本傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)包括以下主要功能：1）檢測(cè)前方障礙物：此功能用于檢測(cè)目標(biāo)方向是否有障礙物，發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)應(yīng)及時(shí)得到信息并輸出。按預(yù)期要求該功能可以檢測(cè)到10cm-180cm范圍內(nèi)的障礙物。2）檢測(cè)障礙物的距離：當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)障礙物后需要測(cè)量出與被測(cè)障礙物之間的距離，是該系統(tǒng)的重要部分，并且能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)與被測(cè)障礙物之間的距離。由于各種不確定性因素的影響，測(cè)量值會(huì)有些許誤差，需要在其他設(shè)計(jì)不變的情況下盡可能提高檢測(cè)精度。3）危險(xiǎn)提示功能：本系統(tǒng)是搭載在其他物體上的，需要保證其運(yùn)行的安全性，當(dāng)實(shí)時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)小于最小安全距離時(shí)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行提示和預(yù)警。4）語(yǔ)音播報(bào)功能：為了讓使用者能加快捷方便的知道距離數(shù)據(jù)，揚(yáng)聲器自動(dòng)每三秒一次播報(bào)距離信息。5）其他功能：由于最小安全距離視情況來(lái)制定，所以需要有個(gè)隨時(shí)能更改最小危險(xiǎn)距離的外接設(shè)備用來(lái)隨時(shí)調(diào)整。2.2系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖該硬件部分采用STC89C52單片機(jī)作為主體，用于多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)的控制中樞，使用激光測(cè)距傳感器作為檢測(cè)方式，LCD1602液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示距離，檢測(cè)到障礙物距離通過(guò)單片機(jī)判斷是否小于危險(xiǎn)距離，小于危險(xiǎn)距離單片機(jī)發(fā)出指令蜂鳴器發(fā)出警報(bào)并使對(duì)應(yīng)方位的二極管發(fā)光，設(shè)計(jì)時(shí)還加上了語(yǔ)音播報(bào)模塊，通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)實(shí)時(shí)了解和被測(cè)障礙物之間的距離。本硬件總體的設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。圖2-1總設(shè)計(jì)框圖2.3功能模塊的選擇本系統(tǒng)由以上幾個(gè)功能組成，并且還需要中央處理單元和供電模塊。中央處理單元結(jié)合各個(gè)功能模塊，使得該系統(tǒng)能按照預(yù)定要求實(shí)現(xiàn)?？紤]到本設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性和便捷性，每個(gè)模塊采用的元件如下。2.3.1主控模塊STC89C52單片機(jī)的內(nèi)核是基于51內(nèi)核的微控制器，高效的工作頻率以及內(nèi)置可反復(fù)擦拭的Flash程序讀取器。兼容多種引腳結(jié)構(gòu)，51單片機(jī)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的快速讀取以及集成51字節(jié)的RAM，對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)處理數(shù)據(jù)完全沒(méi)壓力，內(nèi)置高效的復(fù)位電路節(jié)省了外部接口空間資源。可通過(guò)串口直接進(jìn)行程序傳輸，不用專(zhuān)門(mén)的編輯器。此外，51單片機(jī)還具有簡(jiǎn)單、方便、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了51單片機(jī)資源豐富、控制功能強(qiáng)大、操作功能可尋址、價(jià)格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。STC89C52單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的一款單片機(jī)，運(yùn)算速度快、電能消耗低、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。其指令代碼與傳統(tǒng)單片機(jī)完全兼容，并在功能上更進(jìn)一步。SCT89C52單片機(jī)的引腳分布圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C52單片機(jī)引腳圖STC89C52單片機(jī)的功能表2-1。表2-1單片機(jī)功能表2.3.2障礙物檢測(cè)模塊和測(cè)距模塊本系統(tǒng)需要探測(cè)前方是否有障礙物并且測(cè)得距離，為了節(jié)省資源和效率，使用T0F10120激光測(cè)距模塊，它的功能基于激光發(fā)射器，接收器，該模塊既能檢測(cè)目標(biāo)前方預(yù)定距離內(nèi)是否有障礙物，還能得到障礙物與本系統(tǒng)搭載物的距離。由于激光測(cè)量的精密度很高、量程大，在現(xiàn)在廣泛的測(cè)距模塊中是較為優(yōu)質(zhì)的選擇。其實(shí)物如圖2-3所示。圖2-3TOF10120激光測(cè)距模塊該測(cè)距使用TOF10120激光測(cè)距模塊，具有不接觸的遠(yuǎn)程檢測(cè)功能，測(cè)量范圍有10cm-1800cm，檢測(cè)精度最小可達(dá)毫米。TOF（TimeofFlight）指的是飛行時(shí)間測(cè)距法，其工作原理：在測(cè)距開(kāi)始時(shí)，激光發(fā)生器發(fā)射一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短但是功率極高的光脈沖，與此同時(shí)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)。光脈沖發(fā)射以后，遇到被測(cè)物體會(huì)發(fā)生散射飛向各個(gè)方向。接受光路收到一部分散射回來(lái)的光信號(hào)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，輸送到回波信號(hào)處理電路?；夭ㄐ盘?hào)處理電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大調(diào)整后可以得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的電脈沖，用于觸發(fā)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。此時(shí)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間就是光脈沖從發(fā)射到接受的時(shí)間t，（時(shí)間t*光速v）/2=被測(cè)物到激光測(cè)距模塊的距離s。激光發(fā)射與接受的工作原理如圖2-4所示。圖2-4激光發(fā)射接受原理圖（2-1）（2-2）（2-2）中L代表發(fā)射接受倆模塊之間中心距離的一半。激光傳播距離：s=vt/2（2-3）將（2—2）、（2—3）代入（2-1）中可以得：（2-4）當(dāng)測(cè)試時(shí)H遠(yuǎn)大于L時(shí)，H的距離可近似看成：（2-5）激光速度v可以看做是定值，所以測(cè)得與被測(cè)障礙物之間距離的受限因素有時(shí)間t。激光測(cè)距傳感器模塊的工作條件如表2-2所示。表2-2激光測(cè)距模塊的工作條件電氣參數(shù)TOF10120激光模塊工作電壓3—5V工作電流35mA工作溫度-20—70°C存儲(chǔ)溫度-40—85°C2.2.4危險(xiǎn)警報(bào)模塊本設(shè)計(jì)使用的蜂鳴器TMB12A05實(shí)物如圖2-5所示。圖2-5蜂鳴器實(shí)物圖蜂鳴器采用的是TMB12A05是一個(gè)有源的電磁揚(yáng)聲蜂鳴器，其參數(shù)如表2-3所示。表2-3蜂鳴器參數(shù)表內(nèi)置振蕩器電路YES諧振頻率2300±400HZ聲壓85dB＠5V，10cm電壓工作范圍4~8V蜂鳴器構(gòu)架類(lèi)別Magnetic安裝最大高度9.8mm額定電壓5V外形尺寸（D/LxW）?12mm2.2.5液晶顯示模塊顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，LCD1602液晶模塊使用的是HD44780集成電路。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無(wú)背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳的功能介紹如下。引腳1和引腳2：VSS為地電源。VDD接5V正電源。引腳3：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10kQ的電位器調(diào)整其對(duì)比度，避免對(duì)比度過(guò)高時(shí)產(chǎn)生“鬼影”現(xiàn)象。引腳4：RS為寄存器選擇腳，高電平“1”時(shí)為擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平“0”時(shí)選擇指令寄存器。引腳5：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，高電平“1”時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平“0”時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。引腳6：E端為使能端，高電平“1”時(shí)讀取信息，負(fù)變時(shí)執(zhí)行指令。引腳7~14：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)。引腳15~16：背光源正極和背光源負(fù)極。2.2.6電源模塊對(duì)于電子器件來(lái)說(shuō)，當(dāng)然少不了電源供電，單片機(jī)一般使用5V電源，我們可以從USB接口獲取5V電源。電源模塊的主要用途是轉(zhuǎn)換電壓，一般是由高壓轉(zhuǎn)低壓或者交流轉(zhuǎn)直流的模塊。將220v交流電轉(zhuǎn)換為5v的直流電，保證電路的安全性。電源模塊的穩(wěn)定是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要前提。注意不要把高壓接到單片機(jī)上，或者將電源的正負(fù)極就接反了，這樣不僅會(huì)燒壞單片機(jī)，還會(huì)引起爆炸，如果把單片機(jī)芯片反向插進(jìn)芯片插座里，由于VCC和GND處于對(duì)稱(chēng)位置，因此在使用時(shí)電源連接是相反的，所以插入時(shí)要注意芯片的正反向。2.2.7語(yǔ)音播報(bào)模塊采用的是WT588D語(yǔ)音模塊，用8歐，0.5瓦的揚(yáng)聲器發(fā)聲。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)包含了單片機(jī)和語(yǔ)音電路兩個(gè)部分。WT588D系列語(yǔ)音單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有音質(zhì)清晰，功能豐富，使用廣泛，穩(wěn)定性好。輕松做到了其他語(yǔ)音芯片做不到的功能，人們能將WT588D語(yǔ)音模塊使用在大部分可以想到的場(chǎng)所。作為一款語(yǔ)音播報(bào)的芯片，音質(zhì)的要求也很高，最高可以可以支持22KHz采樣率的音頻，此芯片的特殊之處就是能將加載的音頻音質(zhì)幾乎沒(méi)有失真的展現(xiàn)出來(lái)。模塊如圖2-6所示。圖2-6語(yǔ)音播報(bào)芯片該WT588D模塊是WTW-16P應(yīng)用電路（16腳模塊），如圖2-7所示。圖2-7WTW-16P模塊原理圖WTW-16P采用WT588D-20SS做為核心控制電路，WTW-16P內(nèi)部包含了WT588D-20SS外部所需的SPI-FLASH、震蕩電路、復(fù)位電路。外部只需要接上電源、控制端以及揚(yáng)聲器就能正常工作。

3.硬件設(shè)計(jì)3.1總電路圖本系統(tǒng)的總體硬件電路設(shè)計(jì)如圖3-1。該圖展示了本系統(tǒng)各個(gè)部分，包括電源電路，單片機(jī)主控電路，復(fù)位電路，晶振電路，LCD1602液晶顯示電路，障礙物檢測(cè)電路電路，語(yǔ)音播報(bào)電路。圖3-1總電路圖3.2.1單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng),也可以稱(chēng)作是主控電路,是指用最少的元件組成的可以工作的單片機(jī)系統(tǒng).

對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小系統(tǒng)包括一下四個(gè)部分:單片機(jī)、電源、晶振電路、復(fù)位電路。再搭配相應(yīng)的程序就能夠獨(dú)立工作，從而達(dá)到既定的功能效果。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖3-2所示。圖3-2單片機(jī)主控電路3.2.2電源電路單片機(jī)的供能部分，為整個(gè)系統(tǒng)提供能源，單片機(jī)的40引腳接電源+5V，20引腳接地。該電源電路使用了自鎖開(kāi)關(guān)。自鎖開(kāi)關(guān)，是一種電源\t"/item/%E8%87%AA%E9%94%81%E5%BC%80%E5%85%B3/_blank"按鈕。在開(kāi)關(guān)按鈕按下一次，開(kāi)關(guān)接通通電，當(dāng)開(kāi)關(guān)按鈕按第二次按動(dòng)上彈時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，停止通電。圖3-4電源電路3.2.3時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路作為單片機(jī)的重要部分，其提供了一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)各個(gè)功能，為單片機(jī)執(zhí)行各種動(dòng)作和指令提供了基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。圖3-5中兩個(gè)瓷片電容c2，c3和晶振Y1與單片機(jī)內(nèi)部電路組成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。在實(shí)際運(yùn)行中，振蕩器和電容放置盡量靠近單片機(jī)芯片，這樣可以降低寄生電容，保證振蕩器的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。圖3-5時(shí)鐘電路3.2.4復(fù)位電路復(fù)位操作就是把單片機(jī)內(nèi)各個(gè)寄存器的值變?yōu)槌跏蓟癄顟B(tài)的。圖4-5中的開(kāi)關(guān)S1即復(fù)位按鈕，按下此按鈕，單片機(jī)將清空所有值，重新從程序的第一條指令運(yùn)行，這樣避免了單片機(jī)的宕機(jī)造成的混亂。當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)，操作失誤，或者出現(xiàn)“當(dāng)機(jī)”等情況時(shí)，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。復(fù)位電路由一個(gè)電阻，一個(gè)電容以及一個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕組成。單片機(jī)的復(fù)位實(shí)現(xiàn)：當(dāng)RST（pin9）出現(xiàn)高電平并保持兩個(gè)以上的機(jī)械周期時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位。圖3-6復(fù)位電路3.2.5蜂鳴器報(bào)警電路該電路采用三極管，蜂鳴器和2K電阻構(gòu)成，連接到單片機(jī)的5號(hào)引腳構(gòu)成危險(xiǎn)報(bào)警電路。如圖3-7所示。圖3-7報(bào)警電路當(dāng)任意一個(gè)方向的測(cè)距小于預(yù)定距離時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令使蜂鳴器發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)。當(dāng)蜂鳴器通電報(bào)警時(shí)，對(duì)應(yīng)方向的二極管發(fā)光，作為一種視覺(jué)上的提示，如圖3-8所示。3-8發(fā)光二極管電路3.2.6LCD1602液晶顯示電路顯示模塊采用LCD1602液晶顯示接口電路如圖3-9所示圖3-9顯示電路該液晶顯示能實(shí)時(shí)顯示測(cè)得的四個(gè)方位的距離數(shù)值，分別是前后左右的四個(gè)方向與被測(cè)障礙物的距離。同時(shí)顯示屏還能用來(lái)顯示調(diào)整危險(xiǎn)報(bào)警距離，在調(diào)整距離的時(shí)候能清楚的看到屏幕上預(yù)設(shè)報(bào)警距離的增減。3.2.7按鍵電路按鍵電路用于更改預(yù)先設(shè)定的危險(xiǎn)警報(bào)距離如圖3-10所示，三個(gè)按鍵S2,S3,S4分別是減鍵，加鍵，設(shè)置鍵。若需要更改報(bào)警距離，按下設(shè)置鍵S4后再按加減鍵可以調(diào)整危險(xiǎn)距離，設(shè)置完成后再次按下設(shè)置鍵S4可調(diào)整下一個(gè)方向的預(yù)警距離，當(dāng)四個(gè)方向都設(shè)置完畢，再次按下S4可是顯示屏恢復(fù)到顯示測(cè)距頁(yè)面。圖3-10按鍵電路3.3障礙物檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)中障礙物檢測(cè)電路采用激光測(cè)距模塊TOF10120。TOF10120激光測(cè)距模塊使用的是雙向二線(xiàn)制同步串行總線(xiàn)，其串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL，另一根線(xiàn)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA，如圖3-11所示。圖3-11TOF10120引腳圖當(dāng)SCL是高電平時(shí)SDA線(xiàn)由低電平向高電平切換表示停止，在SCL線(xiàn)是高電平時(shí)，SDA線(xiàn)從高電平向低電平切換表示起始條件。圖3-12TOF10120工作時(shí)序圖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA線(xiàn)上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線(xiàn)的高或低電平狀態(tài)只有在SCL線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)是低電平時(shí)才能改變。圖3-13輸出應(yīng)答圖通過(guò)激光測(cè)距模塊來(lái)檢測(cè)出既定方向預(yù)定距離內(nèi)是否有障礙物，并且可以測(cè)得與被測(cè)物之間的直線(xiàn)距離。障礙物檢測(cè)電路如圖3-14所示。圖3-14障礙物檢測(cè)電路串行口擴(kuò)充的主要方法軟件模擬法：軟件模擬法可以根據(jù)串行通信的傳送方式，使用主機(jī)的I/O口和定時(shí)器來(lái)模擬串行通信的時(shí)序，達(dá)到串口拓展的要求，在接受的過(guò)程中需要檢測(cè)起始位，可以通過(guò)查詢(xún)的方式。接受和發(fā)射的過(guò)程中對(duì)定時(shí)器的處理可以確保數(shù)據(jù)的正確性好，在接收過(guò)程中可以在檢測(cè)一步傳輸?shù)钠鹗夹盘?hào)。3.4語(yǔ)音播報(bào)電路圖3-15語(yǔ)音播報(bào)電路圖語(yǔ)音播報(bào)模塊使用的是WT588D語(yǔ)音芯片，該芯片也是由單片機(jī)作為核心，是一款集單片機(jī)和語(yǔ)音電路為一體的可編輯語(yǔ)音芯片。本設(shè)計(jì)的語(yǔ)音播報(bào)是3秒一次，在測(cè)得四個(gè)方位的距離后，屏幕顯示測(cè)得數(shù)值固定，揚(yáng)聲器開(kāi)始依次播報(bào)距離，若只需要部分距離數(shù)據(jù)，不需要后面的，可以手動(dòng)控制復(fù)位按鍵使程序復(fù)位。三線(xiàn)串口控制模式由片選CS，時(shí)鐘SCK和數(shù)據(jù)DATA組成，時(shí)序按照SPI通信方式。選擇三線(xiàn)串口控制，語(yǔ)音模塊的P01定義為DATA數(shù)據(jù)口，P02作為CS片選口，P03作為時(shí)鐘口，51單片機(jī)通過(guò)這三個(gè)控制口對(duì)WT588D模塊進(jìn)行控制，P15BUSY是忙信號(hào)輸出端。

4.校準(zhǔn)調(diào)試分析4.1PCB圖繪制首先打開(kāi)文件-新建-project-PCBproject工程。然后畫(huà)原理圖，新建schDOC文件。按需求畫(huà)原理圖分配好元件的封裝然后保存到當(dāng)前工程，確保在當(dāng)前工程下。再次右擊當(dāng)前工程選擇AddNewProjet創(chuàng)建一個(gè)新的PCB文件并保存,切換到原理圖，點(diǎn)擊“Design”菜單項(xiàng)，在彈出的列表中選擇“UpdatePCBDocumentPCB.PcbDoc”，準(zhǔn)備生成網(wǎng)絡(luò)表。如圖4-9所示。圖4-9生成網(wǎng)絡(luò)表若封裝無(wú)誤，點(diǎn)擊“執(zhí)行更改”然后關(guān)閉此頁(yè)面，切換到PCB文件，在KeepOutLayer層繪制好板框，將元件布局好，然后點(diǎn)擊自動(dòng)布線(xiàn)得到圖4-10。圖4-10繪制完成的pcb板完成原理圖和PCB板繪制，實(shí)現(xiàn)硬件部分的設(shè)計(jì)。4.2材料焊接組裝本設(shè)計(jì)的硬件部分材料通過(guò)查詢(xún)資料定好型號(hào)，在網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)萬(wàn)用板和各個(gè)電子元件以及傳感器。在組裝的時(shí)候有兩個(gè)注意點(diǎn)：1.檢查元件的好壞根據(jù)電路圖購(gòu)買(mǎi)元器件后，首先檢查所購(gòu)元器件的質(zhì)量，并按每種元器件檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試，仔細(xì)測(cè)試幾次，另外要仔細(xì)檢查原理圖是否一致。只有經(jīng)過(guò)檢查，零件才能上板開(kāi)始焊接，否則容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致一整塊的電路板報(bào)廢。2.放置、焊接各元件按原理圖的位置放置各元件，放好元件后把其焊牢，待正面的元件布置好，焊腳完成準(zhǔn)備焊接背面的布線(xiàn)。特別是容易損壞的元件要使用易便更換的焊接方式，像溫度傳感器我使用了母排插座，方便更換，在焊接單片機(jī)插排時(shí)要十分注意每個(gè)引腳的位置不能搞混淆，芯片的正負(fù)要記住如何安放，別放反了導(dǎo)致單片機(jī)的燒毀。初步焊接完成電路板背面如圖4-3所示圖4-3實(shí)物背面圖正面底座，及單片機(jī)，二極管等元器件布局如圖4-4所示圖4-4正面圖焊接完成把單片機(jī)芯片，測(cè)距傳感器，LCD1602液晶顯示屏，語(yǔ)音芯片和揚(yáng)聲器接入對(duì)應(yīng)的底座。組裝完成的硬件系統(tǒng)如圖4-5所示。圖4-5最終實(shí)物圖硬件組裝完成后嘗試完成程序的燒錄，準(zhǔn)備了普中的開(kāi)發(fā)板，把單片機(jī)的芯片插入開(kāi)發(fā)板，打開(kāi)燒錄軟件keil5，連接開(kāi)發(fā)板嘗試燒錄程序，燒錄完成后把單片機(jī)芯片再安裝到實(shí)物系統(tǒng)中，嘗試是否能正常運(yùn)行。4.2實(shí)物的測(cè)試硬件和軟件組合在一起后開(kāi)始嘗試測(cè)試和調(diào)整，本系統(tǒng)由5v直流電源供電，可使用充電寶或者電池盒充當(dāng)移動(dòng)電源。4.2.1按鍵系統(tǒng)的測(cè)試本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)目的是通過(guò)各個(gè)方位傳感器檢測(cè)障礙物和障礙物之間的距離，并且當(dāng)障礙物和檢測(cè)系統(tǒng)的距離小于設(shè)定的危險(xiǎn)距離就會(huì)發(fā)出警報(bào)。由此先展開(kāi)檢測(cè)障礙物的測(cè)試，當(dāng)系統(tǒng)接上電源，按下自鎖開(kāi)關(guān)后LCD1602液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)，屏幕上的數(shù)據(jù)有四個(gè)方位的實(shí)時(shí)距離，如圖4-6所示，第一排的G表示前方與障礙物的距離，B表示后面與障礙物的距離，第二排的L表示左邊和障礙物的距離，R表示右邊與障礙物的距離。圖4-6實(shí)物演示圖根據(jù)硬件設(shè)計(jì)危險(xiǎn)距離可以自行設(shè)置，控制按鍵有3個(gè)分別是S2（減鍵），S3（加鍵），S4（設(shè)置鍵），是下圖4-7中從左到右依次排列，實(shí)際操作：按下S4（設(shè)置鍵）開(kāi)始設(shè)置前方報(bào)警距離，按S2可以減小距離，按S3可以增加距離，再按S4開(kāi)始設(shè)置后方報(bào)警距離，依次設(shè)置四個(gè)方位的報(bào)警距離，設(shè)置完成后再次按S4完成設(shè)置，回到初始四個(gè)方位距離顯示界面。圖4-7按鍵位置圖4.2.2障礙物測(cè)試在設(shè)置好四個(gè)方位的報(bào)警距離后開(kāi)始實(shí)際測(cè)試，在多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)的四周放置障礙物，并且四個(gè)方向預(yù)定報(bào)警距離200mm，實(shí)際情況如圖4-8所示。圖4-8四方向障礙物檢測(cè)圖由于四周的障礙物和檢測(cè)系統(tǒng)的距離都小于危險(xiǎn)距離，屏幕上顯示實(shí)時(shí)距離，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管通電發(fā)光，便于人們感知對(duì)應(yīng)方位的距離已經(jīng)小于預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)距離。移動(dòng)左側(cè)的障礙物遠(yuǎn)離被測(cè)系統(tǒng)，左側(cè)的二極管熄滅，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)距離增大，超出了預(yù)定報(bào)警的距離，但其他三個(gè)方位依舊有障礙物，蜂鳴器依舊發(fā)出警報(bào)。如圖4-9所示。圖4-9左側(cè)障礙物遠(yuǎn)離系統(tǒng)圖當(dāng)四個(gè)方向的障礙物都遠(yuǎn)離測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)機(jī)演示圖4-10，可以從圖中得知，四個(gè)方位的障礙物都能檢測(cè)到，由于其各個(gè)距離都大于設(shè)定的危險(xiǎn)報(bào)警距離，所以四個(gè)方位的發(fā)光二極管都沒(méi)有亮，此時(shí)障礙物檢測(cè)系統(tǒng)是安全的，不會(huì)因?yàn)樘^(guò)接近障礙物發(fā)生碰撞導(dǎo)致一系列的損壞。圖4-10四方向障礙物都遠(yuǎn)離測(cè)量系統(tǒng)圖4.3測(cè)障數(shù)據(jù)計(jì)算第一次數(shù)據(jù)測(cè)量，環(huán)境室內(nèi)白天。測(cè)得數(shù)據(jù)如表4-1.表4-1白天室內(nèi)方向前后左右實(shí)際距離（mm）103257507739實(shí)測(cè)距離（mm）100250500750誤差率%3%2.8%1.4%1.4%第二次測(cè)得數(shù)據(jù)，環(huán)境室內(nèi)夜晚。測(cè)得數(shù)據(jù)如表4-2.表4-2夜晚室內(nèi)方向前后左右實(shí)際距離（mm）108261512731實(shí)測(cè)距離（mm）100250500750誤差率%8%4.4%2.4%2.5%測(cè)試在同一個(gè)室內(nèi)，測(cè)試障礙物用的同樣紙板，經(jīng)過(guò)兩組數(shù)據(jù)對(duì)比可以得到白天室內(nèi)測(cè)量的精確度更加準(zhǔn)確，夜晚的稍微差了一些。所以得出結(jié)論白天室內(nèi)的激光測(cè)距精度更高。為了對(duì)比測(cè)試，又測(cè)試了兩組室外的數(shù)據(jù)，分別是白天數(shù)據(jù)表4-3，夜晚數(shù)據(jù)表4-4，其地址和障礙物均相同。表4-3戶(hù)外白天方向前后左右實(shí)際距離（mm）105259509765實(shí)測(cè)距離（mm）100250500750誤差率%5%3.6%1.8%2%表4-4戶(hù)外夜晚方向前后左右實(shí)際距離（mm）110265521736實(shí)測(cè)距離（mm）100250500750誤差率%10%6%4.2%1.8%經(jīng)過(guò)夜晚數(shù)據(jù)精度對(duì)比，發(fā)現(xiàn)還是室外測(cè)量精度較高，同時(shí)結(jié)合四個(gè)表的數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)日光亮度或夜晚月亮亮度高的精確度更加號(hào)，在昏暗的地方誤差率相對(duì)更大。5.總結(jié)與展望5.1總結(jié)通過(guò)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題要求的分析和理解，本文論述了多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，完成了多傳感器障礙物檢測(cè)的硬件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。使用STC89C52單片機(jī)作為處理器，它是一種簡(jiǎn)便的激光障礙物探測(cè)系統(tǒng)，能夠在非觸碰的方式下檢測(cè)出前方預(yù)定距離內(nèi)的障礙物以及和被測(cè)物之間的距離，把距離數(shù)值顯示在液晶顯示屏上，并且還有報(bào)警提示效果。具體能實(shí)現(xiàn)下列功能：檢測(cè)既定方位的障礙物。實(shí)時(shí)顯示多方位與被測(cè)障礙物的距離?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵設(shè)定各方向的危險(xiǎn)報(bào)警距離。任意一方位的障礙物距離小于設(shè)定距離，蜂鳴器警報(bào)，對(duì)應(yīng)方位的發(fā)光二極管亮。語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)播報(bào)四個(gè)方位的實(shí)際距離。本設(shè)計(jì)方便拆解更換零件，操作步驟簡(jiǎn)單，體積小。在本次設(shè)計(jì)中，詳細(xì)了解了多傳感器的障礙物檢測(cè)電路仿真電路的基本構(gòu)成，了解了激光發(fā)射、接收，控制電路以及各模塊和各傳感器之間的作用。在本次的設(shè)計(jì)中，實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果符合設(shè)計(jì)要求，但是在實(shí)際調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了一些細(xì)微的問(wèn)題，問(wèn)題的原因是部分材料的局限性導(dǎo)致,被檢測(cè)物的單一面積過(guò)小或者不夠平整，激光測(cè)距模塊檢測(cè)不到障礙物。5.2關(guān)于工程與社會(huì)本設(shè)計(jì)的應(yīng)用環(huán)境是倒車(chē)?yán)走_(dá)方面，不僅僅是做到倒車(chē)時(shí)檢測(cè)周?chē)系K物，其能保護(hù)車(chē)輛和人的安全，有的時(shí)候在倒車(chē)時(shí)司機(jī)回頭看后方的具體情況而忽視了前方，和左右兩邊，往往會(huì)出現(xiàn)擦碰和撞到行人等情況，這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用保護(hù)了人們的財(cái)產(chǎn)和生命安全，在出現(xiàn)交通事故是保留的數(shù)據(jù)也能作為證據(jù)為自己在法律方面維護(hù)權(quán)益，還能減少各種資源浪費(fèi)。5.3關(guān)于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展障礙物檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是為了保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)，在如今私家車(chē)數(shù)量愈加增多是，各種因素導(dǎo)致的交通事故也逐漸增多，這類(lèi)系統(tǒng)的應(yīng)用可以在一定程度上減少事故的發(fā)生，既能保護(hù)人們的生命也能保護(hù)財(cái)產(chǎn)。在自然環(huán)境中，有許多地方可以應(yīng)用到多傳感器障礙物檢測(cè)系統(tǒng)，像地質(zhì)勘測(cè)、珍惜動(dòng)物保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展等方面。并且本系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)廢棄物之類(lèi)的污染環(huán)境，在某