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学校 电子工程设计报告 题目 超声波自动探测装置 班级 * 组员 * * * 2013年 11 月25 日 summary ultrasonic automatic detection device is a simple device based on assist security guard for security work.this device uses ultrasonic probe, buzzer alarm to assist the security work.this system adopts stc89c52 single-chip microcomputer as the main controller, nrf24l01 as communication device in order to send signals to the terminal, make security room can know the situation in a timely manner. 摘要 超声波自动探测装置是一款基于协助保安进行安保工作的简易 装置。此装置采用超声波进行探测，蜂鸣器报警以协助安保工作。此 系统采用stc89c52 单片机作为主控制器，nrf24l01 作为通信装置 以便把信号发送到终端，使安保室能够及时了解情况。 目录 1、总体设计概述总体设计概述1 2、硬件设计硬件设计2 3、软件设计软件设计3 4、制作心得制作心得4 1、总体设计概述总体设计概述 本设计采用 89c52 单片机作为主控制器，采用超声波探测。如 探测到有人则返回信号给单片机，单片机控制蜂鸣器发出警报。 同时， 单片机还可控制nrf24l01 无线模块发送信号到终端保安室，使保安 人员能够尽快掌握情况，从而实现协助保安进行安保工作的任务。 如 果是内部人士到来，则可使用事先配置好的红外发射装置发送信号 到超声波探测装置，此装置即可屏蔽报警信号。 二、硬件设计二、硬件设计 1、单片机 通过分析对本设计所用到的单片机的功能，我们知道，此设计 对单片机要求并不高，采用8 为单片机完全能够满足要求。 台湾义隆 单片机价格低，体积小，但是我们没接触过。 因此我们采用了比较常 见和我们用的比较多的stc89c52 单片机。stc89c52 是 stc 公司生产的一种 低功耗、 高性能cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。 stc89c52 使用 经典的mcs-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。在单 芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程 flash，使得 stc89c52 为众多嵌入式控制 应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节flash，512字节 ram， 32 位 i/o 口线，看门狗定时器，内置4kb eeprom，max810 复位电路，3个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5向量 2 级中 断结构），全双工串行口。另外 stc89c52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选 择节电模式。 空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、 定时器/计数器、 串口、 中断继续工作。 掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中 断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t 可选。 2、超声波 超声波模块可以自己设计，但是开发周期长。 而网上已有很多成 熟的超声波模块出售，因此我们直接采用了现有的超声波模块以节 省设计时间。 此超声波模块为首发一体，集成了一个超声波发射头和 接收头，一共引出来四个角，两个电源，一个发射，一个接收引脚。 使用起来非常方便。探测距离也能满足我们的设计要求。 3、无线模块 无线模块我们采用了nrf24l01。nrf24l01是由 nordic 生产的工 作在2.4ghz2.5ghz 的 ism 频段的单片无线收发器芯片。 无线收发器包括：频率发生器、 增 强型“schockburst”模式控制器、 功率放大器、 晶体振荡器、 调制器和解调器。 输出功率频道选 择和协议的设置可以通过spi 接口进行设置。 几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线 数据传送工作。极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为 0dbm 时电流消耗为 11.3ma ，接收模式时为 12.3ma，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。此外，利用 nrf24l01 还可实现多机发送一机接收，从而，保安室可以同时检测多个超声波探测装置。 4.蜂鸣器驱动 因为单片机 io 口出来的电流太小，不足以驱动蜂鸣器使其发声。 所以我们的放大单片 机io 口电流从而驱动蜂鸣器。在此，我们选择了一种比较简单的三极管放大电路来驱动蜂 鸣器。如图所示 3、软件设计软件设计 本设计中的软件设计主要由部分构成：超声波探测、 无线发送、 蜂鸣器报警。 部分程序如下： 1、超声波探测 void intt()/超声波使用的定时器的初始化 tmod=0x09; /方式1， 0000 1001,gate=1, 外中断引脚 int0 和 tr0 共同控制定时器 的运行 th0=0; tl0=0; ea=1;/总中断允许 et0=1; /定时器 t0 中断允许 tr0=1; /启用定时器 ex0=1; /外部中断0允许 it0=1; /跳沿触发方式 void fs() /发射超声波 _nop_(); out=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); out=0; _nop_(); 2、无线发送 /*nrf24l01 初始化 /* */ void init_nrf24l01(void) inerdelay_us(100); ce=0; / chip enable csn=1; / spi disable sck=0; / spi clock line init high spi_write_buf(write_reg + tx_addr, tx_address, tx_adr_width); / 写本 地地址 spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, rx_address, rx_adr_width); / 写 接收端地址 spi_rw_reg(write_reg + en_aa, 0x01); / 频道 0 自动ack 应答允许 spi_rw_reg(write_reg + en_rxaddr, 0x01); / 允许接收地址只有频道 0，如果 需要多频道可以参考page21 spi_rw_reg(write_reg + rf_ch, 0); / 设置信道工作为 2.4ghz，收发必须一 致 spi_rw_reg(write_reg + rx_pw_p0, rx_pload_width); /设置接收数据长度， 本次设置为32字节 spi_rw_reg(write_reg + rf_setup, 0x07); /设置发射速率为 1mhz，发射 功率为最大值0db spi_rw_reg(write_reg + config, 0x0e); / irq 收发完成中断响应，16 位crc，主发送 / * * /*函数：uint spi_rw(uint uchar) /*功能：nrf24l01 的 spi 写时序 / * */ uint spi_rw(uint uchars) uint bit_ctr; for(bit_ctr=0;bit_ctr8;bit_ctr+) / output 8-bit mosi = (uchars / output uchar, msb to mosi uchars = (uchars 1); / shift next bit into msb sck = 1; / set sck high uchars |= miso; / capture current miso bit sck = 0; / then set sck low again return(uchars); / return read uchar / * * /*函数：uchar spi_read(uchar reg) /*功能：nrf24l01 的 spi 读时序 / * */ uchar spi_read(uchar reg) uint reg_val; csn = 0; / csn low, initialize spi communication. spi_rw(reg); / select register to read from reg_val = spi_rw(0); / then read registervalue csn = 1; / csn high, terminate spi communication return(reg_val); / return register value / * */ /*功能：nrf24l01 读写寄存器函数 / * */ uchar spi_rw_reg(uchar reg, uchar value) uchar status; csn = 0; / csn low, init spi transaction status = spi_rw(reg); / select register spi_rw(value); / and write value to it csn = 1; / csn high again return(status); / return nrf24l01 status uchar / * */ /*函数：uint spi_read_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars) /*功能: 用于读数据，reg：为寄存器地址，pbuf：为待读出数据地址，uchars：读出数据的 个数 / * */ uint spi_read_buf(uchar reg, uint *pbuf, uint uchars) uint status,uchar_ctr; csn = 0; / set csn low, init spi tranaction status = spi_rw(reg); / select register to write to and read status uchar for(uchar_ctr=0;uchar_ctruchars;uchar_ctr+) pbufuchar_ctr = spi_rw(0); / csn = 1; return(status); / return nrf24l01 status uchar / * * /*函数：uint spi_write_buf(uchar reg, uchar *pbuf, uchar uchars) /*功能: 用于写数据：为寄存器地址，pbuf：为待写入数据地址，uchars：写入数据的个数 / * */ uint spi_write_buf(uchar reg, uint *pbuf, uint uchars) uint status,uchar_ctr; csn = 0; /spi 使能 status = spi_rw(reg); for(uchar_ctr=0; uchar_ctruchars; uchar_ctr+) / spi_rw(*pbuf+); csn = 1; /关闭spi return(status); / / * */ /*函数：void setrx_mode(void) /*功能：数据接收配置 / * */ void setrx_mode(void) ce=0; spi_rw_reg(write_reg + config, 0x0f); / irq 收发完成中断响应，16 位crc，主接收 ce = 1; inerdelay_us(130); /延时不能太短 / * */ /*函数：unsigned char nrf24l01_rxpacket(unsigned char* rx_buf) /*功能：数据读取后放如rx_buf 接收缓冲区中 / * */ unsigned int nrf24l01_rxpacket(unsigned int* rx_buf) unsigned int revale=0; sta=spi_read(status);/ 读取状态寄存其来判断数据接收状况 if(rx_dr)/ 判断是否接收到数据 ce = 0; /spi 使能 spi_read_buf(rd_rx_pload,rx_buf,tx_pload_width);/ read receive payload from rx_fifo buffer revale =1;/读取数据完成标志 spi_rw_reg(write_reg+status,sta); /接收到数据后 rx_dr,tx_ds,max_pt 都 置高为1，通过写 1来清楚中断标志 return revale; / * * /*函数：void nrf24l01_txpacket(unsigned char * tx_buf) /*功能：发送 tx_buf 中数据 / *