超声波定位探测系统正文

1 目 录 摘要 . Abstract . 1. 系统设计 . 2 1.1 总体方案论证 . 2 1.1.1 设计思路 . 2 1.1.2 总体方案 . 2 1.2 各部分 方案论证与比较 . 3 1.2.1 步进电机驱动模块的设计方案与选择 . 3 1.2.2 超声波模块的设计方案与选择 . 5 1.2.3 液晶显示模块的方案设计与选择 . 6 2. 单元电路的设计 . 6 2.1 单片机 AT89S52 最小系统的设计 . 6 2.2 步进电机驱动模块的设计 . 7 2.3 超声波测距模块的设计 . 8 2.4 液晶显示模块的设计 . 13 3. 软件设计 . 14 3.1 开发软件及编程语言简介 . 14 3.2 软件实现方法 . 15 3.2.1 整体的设计 . 15 3.2.2 步进电机驱动模块的实现 . 15 3.2.3 超声波测距模块的实现 . 16 3.2.4 液晶显示模块的实现 . 17 3.2.4 PC 机画图模块的实现 . 17 3.3 程序清单 . 17 4.系统调试 . 18 4.1 测试仪器与设备 . 18 4.2 指标测试 . 18 4.2.1 步进电机驱动模块的测试 . 18 4.2.2 超声波测距模块的测试 . 19 4.3 整机的测试 . 21 5. 结论 . 24 6 致谢 . 24 参考文献 . 24 附录 1 元器件明细表 . 26 附录 2 程序清单 . 29 附录 3 电路图图纸 . 51 附录 4 印制板图 . 54 附录 5 系统使用说明 . 57 附录 6 设计实物相片 . 59 2 1. 系统设计 1.1 总体方案论证 1.1.1 设计思路 本设计是采用模块化的设计思想，以单片机 AT89S52最小系统为核心，由步进电机模块、超声波模块和液晶显示模块组成，实现对四周障碍物的定位探测。 步进电机模块的关键问题是：如何对某一点进行方向角度的定位。 超声波测距模块的关键问题是：如何通过超声波对距离进行测量。 液晶显示模块的核心问题是：如何显示角度和距离的极坐标。 1.1.2 总体方案 总体方案 方框图如 1.1.2 所示。 通过单片机，控制步进电机的转速 ,以角步长 8.1 ，从而能够在每个定位角度定 ,另一方面，单片机控制发射超声波传感器发射 40kHz的正弦波，接收超声波传感器将接收信号进行放大整形，形成脉冲，从而控制单片机的中断，计算出距离的大小，然后发送至液晶显示，同时也发送到 PC机上进行画图输出。 图 1.1.2 系统方框图 3 1.2 各部分 方案论证与比较 1.2.1 步进电机驱动模块的设计方案与选择 该设计以单片机的 I/O P2.0-P2.3口作为单片机与步进电机的接 口。由于 I/O口驱动能力有限，而被控制的步进电机要求高电压和大电流，所以在 I/O口之后必须加一个步进电机的驱动电路。下面则是对步进电机驱动电路的方案进行分析选择。 方案一： 从单片机分别发出 A、 B、 C、 D 相 步进脉冲 ， 经过光耦隔离后，再加至功率放大驱动电路。当某一路为 “1” 时，光耦不工作， CMOS 管 IRFP250 导通。A 相线圈通电， 当其 为 “0” 时，光耦工作， CMOS 管 IRFP250 B 极拉至低电平而截止，线圈断电。 I/O 口的电平 ,可实现 A 相 D 相的通断电控制。 电路图如图1.2.1 所示。 图 1.2.1 步进电机驱动电路方案一原理图 但是 CMOS 管的理想工作状态是输出矩形波电压 ,由于绕组线圈中的电流不能突变 ,接通电源后绕组中的电流按指数规律上升 ,时间常数 rLt(L为绕组电感 ,r为绕组电阻 ) 须经过 4t 时间才能达到稳态电流 ,由于绕组电阻很小 ,而绕组电感却很大 ,因而时间常数很大 ,会 严重影响了电机的启动频率和平稳运行。 方案二： 采用二极管 4004、三极管 8050、发光二极管、 5K可调电阻对 电机进行驱动。三极管 8050的作用是放大 A、 B、 C、 D相电压，二极管的作用是保证各相有一个起始电压，同时保证 COM端高电压与各相接头的低电压间截止，从而使线圈两端有足够驱动绕组的电势差。电路原理图 如图 1.2.2 所示。 4 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2001- 3- 8 S he e t of F i l e : E : pr ot e l D X P S he e t 4.S c hD oc D r a w n B y :MM ot or S t e p8050 8050 80508050D1 D2 D3 D41K R1 1K R2 1K R3 1KR4BACDC O MV2AB CC O MC O MD图 1.2.2 步进电机驱动电路方案二原理图 但是 ， 单电压驱 动电路还是存在对脉冲电压响应速度慢，输出波形差和输出功率低等缺点。 方案三： 驱动电路主要由达林顿管，光电耦合器，续流二极管等组成，电路原理图如图 1.2.3所示。 图 1.2.3 步进电机驱 动电路方案三原理图 该电路不仅克服了启动频率低，运行不平稳的缺点，还保证了电机的运行精度，提高了电机的工作速度，改善了输出波形。 经上述比较，在本设计中的步进电机驱动电路采用方案三。 5 1.2.2 超声波模块的设计方案与选择 （ 1） 超声波发射电路 方案一 ：采用单片机控制输出 40kHz的方波信号，然后经三极管加以放大发射出去。但是，由于算法的复杂，同时有一定的局限，单片机发出的信号不容易非常准确 40kHz的频率，而且占用一定的资源。 电路方框图如 1.2.4 所示。 图 1.2.4 发射电路方案一方框图 方案二： 采用晶体振荡器和三极管放大组成发射电路。从单片机发送一个高电平信号，导通三极管 Q2，驱动晶体振荡器起振，产生 40kHz频率的方波信号，然后通过三极管 Q1 放大从 JP3 口发射出去。该电路简单稳定，发射超声波信号大于 10m。 电路原理图如 1.2.5 所示。 图 1.2.5 发射电路方案二方框图 经上述比较，基于频率的稳定性和发射的距离考虑，选择方案二，采用晶体振荡器产生波形更加有效，而且电路简单，单片机控制方便。 （ 2） 超声波接收电路 方案 一： 超声波接收传感器将接收到的正弦信号，通过两级放大，再经过LM567音频译码器，输出方波信号，从而发送回给单片机控制其中断。 电路方框图如 1.2.6所示。 但是该方案缺乏滤波电路和整形电路，输出波形容易产生失真。 图 1.2.6 接收电路方案一方框图 6 方案二： 超声波接收传感器接收到正弦信号，从 JP1口输入，然后通过放大电路，电压跟随器，一阶滤波电路和斯密特触发器整形电路，然后将方波送回单片机控制其中断。该方案输出波形稳定，抗干扰能力强。 方框图如图 1.2.7所示。 图 1.2.7 接收电路方案二方框图 经上述比较，为了输出稳定和完整的方波，能够准确控制单片机的中断，该设计采用方案二。 1.2.3 液晶显示模块的方案设计与选择 方案一 ：采用 LED数码管。使用数个数码管动态显示，由于显示的内容比较多，而且需要图形坐标的显示，过多的增加数码管个数显然是不可行的，径流轮流显示的控制复杂，同时电路的线路多会导致功耗大。 方案二： 采用点阵型（ 128 64） LCD液晶显示和 LCM1602液晶显示。 可以显示英文、字符、数字以及图形，通过单片机控制驱动，串行输出。设计简单，耗电小。 经比较，选择方案二，采用 LCM1602实时显示测得的距离， LCD(128 64)显示其极坐标。 2. 单元电路的设计 2.1 单片机 AT89S52 最小系统的设计 单片机 89S52 最小系统外围电路图 如图 2.1.1 所示。 7 图 2.1.1 89S52 最小系统外围电路图 AT89S52是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机， 40个引脚， 8k Bytes Flash片内程序存储器， 256 bytes的随机存取数据存储器（ RAM）， 32个外部双向输入/输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2层中断嵌套中断， 2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 2.2 步进电机驱动模块的设计 步进电机驱动电路原理图如图 1.2.3所示 ， 在电路中，起功率放大的是达林顿管，它可以驱动步进电机的绕组，使电机绕组的静态电流达到 2A左右，满足电机工作的要求。电路中使用光电耦合器将控制信号和驱动信号加以隔离。 由于绕组线圈中的电流不能突变 ,接通电源后绕组中的电流按指数规律上 升 ,时间常数 t， rLt / (L为绕组电感 ,r为绕组电阻 ) 须经过 4t时间才能达到稳态电流 ,由于绕组电阻很小 ,而绕组电感却很大 ,因而时间常数很大 ,从而严重影响了电机的启动频率和平稳运行。为了克服这个缺点，在绕组中串联电阻 R5、 R6、 R7、 R8的目的是为了限制绕组中的电流，这样， )1/( rRLt 时间常数大大减小，从而提高了电机的工作速度，改善了输出波形。 8 绕组并联一个续流二极管是为了在绕组断电时提供磁能释放回路，而不致使晶体管损坏。 步 进电机是一种以数字脉冲信号控制的电机装置，将相对的信号转 变成输出的旋转角度。以 42BYG系列混合式步进电机为例，步进角度选 1 8度，按公式：360 1 8=200，则只要输入 200个控制脉冲就可实现电机旋转一周。对步进电机的控制，采用四相八拍 的运行方式。 电机正转的控制脉冲 :A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A， 电机反转的 控制脉冲 :A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A； 而电机转动的速度调节是通过控制每拍脉冲的宽度来实现的。如果步进电机的功率比较小，选功率小的驱动管。 以 A相为例，当输入信号 in1为低平时，经反相器 U1A变为高电平，光电开关不导通，管脚 5输出高电平，达林顿管工作，驱动A相的转动。输入信号为高电平时则相反。 2.3 超声波测距模块的设计 由于超声波的波长短。超声波射线可以和光线一样能够反射折射，也能聚焦，而且遵守几何光学的定律。即超声波射线从一种物质表面反射时，入射角等于反射角。且超声波具有较好的指向性，频率越高，指向性越强。声波在空气中传播的速度 345m/s，根据公式： ）（ m2ST2 2 VS 可知 ST 22 1016.1 这在单片机的机器周期内，易于逻辑判断。 方框图如图 2.3.1 所示。 9 图 2.3.1 超声波测距方框图 单片机发出控制信号高电平，启动振荡频率电路发出 40KHz的脉冲信号，通过驱动电路由超声波的发射出去，连续发十个，同时定时器开始计时，如果接收器在发完十个脉冲后未接收到反馈信号，则判断无障碍物，延时后单片机再发十个脉冲；如果接收器收到反馈信号，则判断有障碍物，并通知单片机停止计时。通过时间差计算距离。设超声波在空气中传播速度 344m/s。则根据计算器记录的时间 t，就可 以算出发射点距障碍物的距离（ s） ,即： s 344/t。 该设计采用的超声波传感器型号是： TCF40-10T/R1，属于压电陶瓷通用型，收发兼用的传感器，其参数如下： 频率（ KHz） 灵敏度（ 0dB=v/Pa） 输出声压 (at10v,30cm) (0dB=0.02MPa)(min) 静电电容 ( 30%PF) 余振时间(ms)max 40 -67 98 2000 0.5 2.3.1 超声波发射电路 （ 1）频率产生电路 本电路中为了实现输出频率的精确性，同时减少单片机资源的占用，采用了一块单片集成芯片 74HC00构成的石英晶体振荡器电路，因为这一部分（频率产生电路）是整个电路的核心，由石英晶体振荡器电路产生的频率必须准确，否则 测得的距离显示会产生很大误差。 电路原理图如 2.3.2图所示。 10 C V C C14GND7A1B2Y3U 5AS N 74 00 NC V C C14GND7Y8A9B10U 5CS N 74 00 NV C C14GND7B5Y6A4U 5BS N 74 00 N1MR 15R e s 11MR 14R e s 11ufC 12C a p P ol 11 2Y1X T A L 图 2.3.2 频率产生电路原理图 （ 2）门控电路 为了在本超声波测距电路中实现对超声波发射和接收的自动控制，必须在电路中加入门控电路。下面结合 图 2.3.3讲述一下该门控电路的作用。门控电路是一个三极管 9103组成，三极管的基极接单片机的控制端口，发射极接石英晶体振荡器电路的 74HC00的电源端，集电极接 5V电源，当单片机发出一个高电平信号，三极管导通，石英晶体振荡器通电起振，并发出 40KHz脉冲（起振到到发出稳定脉冲时间极短，可以忽略）。由 S=1/2vt，式中， v为声波在空气中的传播速度，它和空气的温度有关，温度每升高 1 摄氏度声速增加 0.6m/s， 如果 t已知，距离便可确定，如何测量时间 t呢？当单片机发出控制信号高电平时，启动内部计数器，直至超声波接收电路收到的回波产生一个中断信号，内部计数器才停止计时。计数器所计得时间就是所求的测量时间 t，由 S=1/2vt即可求 得距离。当上电时，单片机 的 I/O口输出 低电平，不启动内部计数器，处于等待状态。 C3B2E1Q2N P N620R 1 7R e s 1123J P 6H e a d e r 3C V C CV C C220uC 1 5C a p P o l 1图 2.3.3 门控电路原理图 （ 3）发射驱动电路 关于超声波发射器的驱动电路部分，由于石英晶体振荡器电路产生 20mA电流，而从资料得知，超声波发射器需要的最小驱动电流比它要高，所以在与非门U1A CD4011 的后级加入了一级三极管放大电路，由于工作频率比较高，所以这里选择了常用的高频管 9018，这样便很好地完成了超声波的发射。 11 2.3.2. 超声波接收电路 （ 1）超声波接收、放大电路 运放 741的带宽以及抗干扰能力都比较强，但是为了防止产生一定的噪音，所以在设计超声波信号放大电路时，将放大电路设计成了两级同相交流放大器，通过参数设置，每一级放大接近 20倍，这样经过两级放大后，接收到的超声波信号就被放大了几乎是 400倍，完全能够被后续检测电路检测到，电路 如图 2.3.4。 图中每级增益取决于 6R ， 2R 和 1R ， 7R ，即 .1621 RRAV 712 1 RRAV 根据上式，取 2R = 1R =102k, 6R = 7R =5.1k,即可每级放大 20倍，整个超声波信被放大 400倍，达到设计要求，使其完全能够被后续检测电路检测到。 电阻 R5 和电位器 R9 为同相端提供直流偏置电位。需要注意的是这两个直流偏置电阻的作用 是相当重要的，它可以很好地稳定运放 A741的直流工作点，不致于使其同相输入端出现浮动状态，而造成输入信号不稳定。接收传感器 L2将反射的超声波转换为电信号后，由放大器放大后再送到以下电路。 图 2.3.4 接收信号放大电路原理图 （ 2）电压跟随器电路 反射的超声波转换为电信号后，由放大器放大后再送到后级电路，但由于两级运放的带负载能力小，所以在两级运放后连接由 uA741运放组成的电压跟随器，增强其带负载能力。 电路原理图如图 2.3.5所示。 12 图 2.3.5 电压跟随器电路原理图 （ 3）滤波电路 本信号滤波电路在整个电路中可以说起到非常重要的作用，通过对它的适当调整，可以有效地滤除由于外界干扰带来的非超声波信号进入超声波接收系统，从而大大提高了本电路的抗干扰性。 电路原理图如 2.3.6所示。 图 2.3.6 滤波电路原理图 滤波电路由一片集成运放 741来完成，首先通过一个固定电阻 R6 和一个可变电阻 W 在分压后将其输入到 741 的负输入端，以给 741 一个参考电压，一般情况下我们是将这两个电阻调整到基 本一样大即可。这样当有外部微弱信号进入单片机内部处理之前都必须先经过这个信号筛选电路，从而有效地滤除了干扰信号。 （ 4）斯密特整形电路 当接收到的信号从滤波电路中出来之后是一个很不规则的方波信号，为得到一脉冲信号，在其后级电路中加入了一级由 U1B、 U1C 和电阻 R5 组成的斯密特触发器，经过此部分电路处理过后再送进 单片机中进行处理运算。 原理图如 2.3.7所示。 13 图 2.3.7 斯密特整形电路 2.4 液晶显示模块的设计 设计中， LCM1602显示出测的距离， LCD(128*64)显示出极坐标。 LCM1602和LCD(128 64)都是通过移位寄存器 74LS164，将串行输入转为并行输入；电容 C1、C3、 C9 和 C10 起到去耦作用，使得稳定显示；而开关 S 是控制背光的开启和关闭。 电路原理图如图 2.4.1 和图 2.4.2 所示。 图 2.4.1 LCD（ 128 64）电路原理图 14 图 2.4.2 LCM1602 电路原理图 3. 软件设计 3.1 开发软件及编程语言简介 该设计中，程序采用 C语言编写。 C语言试一种面向对象的高级语言，语言简洁、紧凑，运算符和数据结构丰富，有非常丰富的结构化控制语句，程序的可移植性好，适合编写较大程序。 设计中，程序采用 Wave 伟福软件和 uVision2 软件进行仿真。 Wave 伟福软件 摒弃了其它 实验仪器 的 单板式 设计方法，而采用了符合单片机开发过程的 仿真式 组合设计思 想，使得所有的实验模块及 CPU 资源均全力对用户开放，从而充分由浅入深的各种要求。并且将实验平台作为一个独立的目标系统，能让用户进行脱机验证实验结果的实验，从而，使实验步骤与实际开发环境完全一致，学以致用 。 uVision2 集成开发环境 IDE 是一个基于 Windows 的软件开发平台，有功能强大的编辑器、项目管理器和制作工具。 uVision2支持 8051 的所有 KEIL工具，包括 C编译器、宏汇编、链接器 /定位器和目标文件至 HEX格式的转换器。 同时，在数据输出上，采用 MATLAB软件来作图。 MATLAB是一门计算机编 程语言，取名来源于 Matrix Laboratory，本意是专门以矩阵的方式来处理计算机数据，它把数值计算和可视化环境集成到一起，非常直观，而且提供了大量的函 15 数，使其越来越受到人们的喜爱，工具箱越来越多，应用范围也越来越广泛。 3.2 软件实现方法 3.2.1 整体的设计 本设计采用模块化思想设计，通过步进电机驱动模块、超声波测距模块、液晶显示模块和 PC 机上作图模块，来实现系统的功能。总体流程图如图 3.2.1 所示。 图 3.2.1 总体流程图 3.2.2 步进电机驱动模块的实现 步进电机驱动的程序流程图 如图 3.2.2 所示。 16 图 3.2.2 步进电机驱动程序流程图 3.2.3 超声波测距模块的实现 超声波测距的程序流程图 如图 3.2.3 所示。 17 图 3.2.3 超声波测距程序流程图 3.2.4 液晶显示模块的实现 液晶显示模块程序流程图 如图 3.2.3 所示。 图 3.2.3 液晶显示程序流程图 3.2.4 PC 机画图模 块的实现 采用串口通讯，连续采样 20 个数据，送到 PC 机上，然后通过 MATLAB 软件进行作图。 3.3 程序清单 系统采用模块化设计，分为：步进电机驱动模块，超声波测距模块，液晶显示模块和 PC机用 MATLAB 作图模块。通过 Wave 伟福软件和 uVision2 软件进行仿真，程序清单 见附录 2。 18 4.系统调试 4.1 测试仪器与设备 系统测试中，所用到的仪器设备如表 4.1.1 所示。 表 4.1.1 仪器设备清单 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 GOS-6021双踪示波器（ 20MHz） 1 固纬电子（苏州）有限公司 2 MS8200G数字万用表 1 深圳华谊仪表有限公司 3 EE1642B型函数信号发生器 /计数器 1 南京新联电子设备有限公司 4 DF1930A交流毫伏表 1 宁波中策电子有限公司 5 伟福仿真器 1 南京伟福实业有限公司 6 SFUA-030-3B直流稳压电源 1 深圳市山胜实业有限公司电子电器厂 7 数字电子技术实验箱 1 浙江大学求是公司 4.2 指标测试 4.2.1 步进电机驱动模块的测试 步进电机工作电压是采用稳定的电流驱动的，由于单片机的 P1口 最多只有20mA 的拉电流，而从资料得知，步进电机的额定电流为 1.2A，所以有必要在单片机与步进电机间采用驱动电路，这里采用达林顿管 TIP122放大电路。在步进电机驱动电路直接用 5V直流电源供电，用外加信号触发，用数字万用表测试电机的两端的电压及电流， 见表 4.2.1所示 。 表 4.2.1 步进电机不同状态数据 电机通电状态 电机状态 电机电压 /V 电机电流 /A 不通电 停转 0.012 0.001 A相 转动 4.16 1.05 B相 转动 4.06 1.04 电机通电状态 电机状态 电机 电压 /V 电机电流 /A 19 C相 转动 4.08 1.03 D相 转动 4.04 1.05 由此可见，驱动电路采用了达林顿管 TIP122的电流放大，满足了步进电机工作所要求的驱动电流，很好地完成了电机的驱动。 4.2.2 超声波测距模块的测试 （ 1）将单片机最小系统和超声波测距模块接上去，把程序烧录进去单片机； （ 2）先用示波器探头夹到超声波发射传感器管脚，测试发射信号，波形为 方波 ，频率 f1 39.992kHz； （ 3）将示波器探头夹到超声波接收传感器管脚，测试接收信号，波形为 正弦波 ，频率 f2 39.987kHz； （ 4）将示波器探头，夹到单片机串口，测单片机中断信号，波形为 方波 ，频率f3 39.978kHz； （ 5） 测试超声波测距的有效距离范围： 在超声波传感器发射方向上，用纸板作障碍物，液晶上的显示出测得距离，并且用米尺把实际距离测出来，数据记录如表 4.2.2。 表 4.2.2 超声波测距数据记录 次数 实际距离 /cm 液晶显示距离 /cm 误差 / 1 0 10 误差较大 超出有效 范围 2 5 13 3 10 17 4 15 15 0 5 30 31 3.33 6 45 46 2.22 7 60 60 0 8 75 76 1.33 9 90 89 -1.11 次数 实际距离 /cm 液晶显示距离 /cm 误差 / 20 10 105 107 1.90 11 120 121 0.83 12 135 136 0.76 13 150 150 0 14 165 169 2.42 15 180 178 -1.11 16 195 196 0.51 17 210 209 -0.48 18 224 227 1.34 19 240 242 0.83 20 255 258 1.18 21 270 271 0.37 22 285 288 1.05 23 300 298 -0.67 24 315 314 -0.32 25 330 323 -2.12 26 345 339 -1.74 27 360 360 0 28 375 374 -0.27 29 390 387 -0.77 30 405 404 -0.25 31 420 563 误差较大 超出有效 范围 32 435 618 33 450 594 34 465 604 35 480 625 由此得 出： 超声波测距的有效范围是在 15cm 405cm之间。 误差分析： 1、超声波传感器发射信号的波形有一定失真； 2、发射信号在传播过程中，受到空气气流等噪声的影响； 21 3、各元件受到受到一定噪声影响。 （ 6） 测试超声波测距的有效角度范围： 如下面示意图所示，超声波传感器在点 S发射和接收， SO 是其发射接收的方向， AB是在其垂直方向上。用一个宽 10cm左右的挡板物体作为障碍物，在 AB方向上慢慢移动，测得在 AB范围内是有效的，不受回波影响，如果超出这个范围，接收信号收到回波 的影响，从而影响其所测距离。 SO=330cm OA=22cm OB 23cm 则由三角形公式 SOOAarctg1SOOBarctg2可计算出 81.31 99.32 则超声波测试的有效角度范围是： 8.721 由此得出： 由于该有效角度是较小的，在长距离的测试上，能够取得较高的精度，从而能够实现非常准确的方向角度定位。 4.3 整机的测试 将整个系统各个模块组装起来， 在液晶上显示，在 PC 机上作图。显示数据记录 如表 4.2.3，图 4.4.4。 22 表 4.2.3 液晶显示距离数据 角度 /。 液晶显示距离 /cm 实际距离 /cm 误差 / 18 21 20.8 1.33 36 45 46.2 2.40 72 41 42.5 2.10 90 38 35.2 1.00 108 37 39.8 2.55 126 38 35.6 1.37 144 88 86.1 1.66 162 24 27.5 2.18 180 21 20.3 1.56 198 20 22.3 1.61 216 20 21 0.5 234 22 23 0.5 252 22 24 0.7 270 20 24 1.2 288 26 22 -0.7 306 28 30 2.1 324 20 18 -1.3 342 24 28 1.7 360 30 27 1.00 23 图 4.2.4 MATLAB 极坐标 图 4.2.5 MATLAB 直角坐标 24 误差分析： 1、超声波测距有一定的误差； 2、 MATLAB软件作图也存在一定的失真。 5. 结论 本系统以单片机 AT89S52 芯片为核心控制，利用步进电机方向定位技术和超声波测距技术，并且配合一套独特的软件算法，实现了定位探测功能 超声波，测距的有效范围为 15cm 405cm之间 。 在设计过程中，力求硬件线路的稳定简单，充分发挥软件编程的方便灵活等特点，来满足系统的设计要求。可是，由于时间有限以及环境条件的限制，该系统还有一些值得改进的地方： 无法用键盘输入任意角度，控制步进电机的定位。 在本次设计中，碰到了许多问题和困难，但经过冷静头脑，仔细分析具体情况，最终解决了问题。在此过程中深刻体会到了相互鼓励，共同合作和团队精神的重要性，提高了动手能力和解决问题的能力。 6 致谢 本设计为本人在参加华 南 农业大学工程学院组织的第七届全国电子设计竞赛培训期间设计制做的一个设计，参加本系统设计制做的还有本小组的黄家能和张国威同学，同时也得到 了 其他 小 组的很大支持和帮助。在设计 制做和撰写设计报告 中，得到 了俞龙老师、马瑞俊老师等 学校和学院 许多 老师们的大力 支持和帮助，在此表示衷心的感谢和崇高的敬意！ 参考文献 1 黄智伟 . 全国大学生电子设计竞赛训练教程 . 北京：电子工业出版社，2005年 2 何希才，薛永毅 . 传感器及其应用实例 . 北京：机械工业出版社， 2004年 3 黄继昌 . 实用单元电路及其应用 . 北京：人民邮电出版社， 2000年 4 潘松，黄继业 . EDA技术实用教程 . 北京：科学出版社， 2002 年 5 杨振江 . 流行单片机实用子程序及应用实例 . 西安：西安电子科技大学出版社， 2002 年 6 李 华 . MCS-51 系列单片机实用接口技术 . 北京：北京航空航天大学出版社， 1993年 7 全国大学生电子设计竞赛组委会 . 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇 25 编 . 北京：北京理工大学出版社， 2004年 26 附录 附录 1 元器件明细表 (1)步进电机驱动电路元器明细表 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 二极管 9014 4 2 JP口 2脚 1 3 JP口 4脚 1 4 JP口 6脚 1 5 达林顿管 TIP122 4 6 电阻 100 4 7 电阻 200 4 8 电阻 1K 4 9 四非门 74LS00 1 10 光电耦合器 4n25 4 (2)超声波电路元器明细表 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 电容 100uF 2 2 电容 220uf 1 3 电容 100uf 2 4 电容 10uf 5 5 电容 1uf 1 6 电容 0.01uf 2 7 JP口 2脚 3 8 JP口 3脚 3 9 三级管 9013 2 10 电阻 1M 2 27 11 电阻 500 K 2 12 电阻 10K 5 13 电 阻 3.3K 2 14 电阻 1K 2 15 电阻 5.5K 2 16 电阻 620 1 17 电阻 240 1 18 运算放大器 UA741 2 19 二输入四与非门 74HC00 1 20 晶振 40KHz 1 21 二输入四与非门 74LS00 1 (3)89CS52 最小系统元器明细表 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 电容 10uF 5 2 发光二极管 2 3 JP口 2脚 1 4 JP口 8脚 8 5 JP口 4脚 1 6 JP口 5脚 1 7 JP口 9脚 1 8 二开关 1 9 单片机 89CS52 1 10 晶振 12M 1 11 MAX232 1 (3)LCM1602 元器明细表 28 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 可调电阻器 -10k 1 2 串入并出移位寄存器 74LS164 1 3 JP口 2脚 1 4 JP口 6脚 1 5 JP口 8脚 1 6 LCD1602 1 7 JP口 16脚 1 (4) LCD128*64 液晶显示元器明细表 序号 名称 .型号 .规格 数量 备注 1 电容 0.1uF 2 2 电阻 10K 1 3 电阻 5.1K 1 4 JP口 8脚 1 5 JP口 20脚 1 6 可变电阻器 10K 1 7 串入并出移位寄存器 74LS164 1 8 开关 1 9 LCD12864 1 29 附录 2 程序清单 /主程序 #include #include #include #include #includefinalwave.h #include12864.h #includesLCM.h #includebu.h extern unsigned char bflag; extern unsigned int step; sbit rect_wave=P20; /晶振控制信号 /*主程序 */ void main ( void ) unsigned char i = 0; bit j=0; reset(); /初始化 lcm init12864(); /初始化 lcd rect_wave=0; l_delay (10); /延时 ret ();