基于單片機的多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的總體方案設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22182基于單片機的多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的總體方案設計案例 1255131.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 1214981.2系統(tǒng)總設計框圖 2194971.3功能模塊的選擇 268211.3.1主控模塊 248031.3.2障礙物檢測模塊和測距模塊 396411.3.4危險警報模塊 5187971.3.5液晶顯示模塊 677241.3.6電源模塊 680581.3.7語音播報模塊 71.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本傳感器障礙物檢測系統(tǒng)包括以下主要功能：1）檢測前方障礙物：此功能用于檢測目標方向是否有障礙物，發(fā)現(xiàn)障礙物時應及時得到信息并輸出。按預期要求該功能可以檢測到10cm-180cm范圍內的障礙物。2）檢測障礙物的距離：當檢測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)障礙物后需要測量出與被測障礙物之間的距離，是該系統(tǒng)的重要部分，并且能夠實時檢測與被測障礙物之間的距離。由于各種不確定性因素的影響，測量值會有些許誤差，需要在其他設計不變的情況下盡可能提高檢測精度。3）危險提示功能：本系統(tǒng)是搭載在其他物體上的，需要保證其運行的安全性，當實時測得數(shù)據(jù)小于最小安全距離時發(fā)出警報，進行提示和預警。4）語音播報功能：為了讓使用者能加快捷方便的知道距離數(shù)據(jù)，揚聲器自動每三秒一次播報距離信息。5）其他功能：由于最小安全距離視情況來制定，所以需要有個隨時能更改最小危險距離的外接設備用來隨時調整。1.2系統(tǒng)總設計框圖該硬件部分采用STC89C52單片機作為主體，用于多傳感器障礙物檢測系統(tǒng)的控制中樞，使用激光測距傳感器作為檢測方式，LCD1602液晶顯示模塊實時顯示距離，檢測到障礙物距離通過單片機判斷是否小于危險距離，小于危險距離單片機發(fā)出指令蜂鳴器發(fā)出警報并使對應方位的二極管發(fā)光，設計時還加上了語音播報模塊，通過語音播報實時了解和被測障礙物之間的距離。本硬件總體的設計框圖如圖2-1所示。圖2-1總設計框圖1.3功能模塊的選擇本系統(tǒng)由以上幾個功能組成，并且還需要中央處理單元和供電模塊。中央處理單元結合各個功能模塊，使得該系統(tǒng)能按照預定要求實現(xiàn)?？紤]到本設計的經(jīng)濟性，實用性和便捷性，每個模塊采用的元件如下。1.3.1主控模塊STC89C52單片機的內核是基于51內核的微控制器，高效的工作頻率以及內置可反復擦拭的Flash程序讀取器。兼容多種引腳結構，51單片機的特點主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的快速讀取以及集成51字節(jié)的RAM，對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說處理數(shù)據(jù)完全沒壓力，內置高效的復位電路節(jié)省了外部接口空間資源?？赏ㄟ^串口直接進行程序傳輸，不用專門的編輯器。此外，51單片機還具有簡單、方便、易于控制等優(yōu)點，充分發(fā)揮了51單片機資源豐富、控制功能強大、操作功能可尋址、價格經(jīng)濟等優(yōu)點。STC89C52單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的一款單片機，運算速度快、電能消耗低、抗干擾等優(yōu)點。其指令代碼與傳統(tǒng)單片機完全兼容，并在功能上更進一步。SCT89C52單片機的引腳分布圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C52單片機引腳圖STC89C52單片機的功能表2-1。表2-1單片機功能表1.3.2障礙物檢測模塊和測距模塊本系統(tǒng)需要探測前方是否有障礙物并且測得距離，為了節(jié)省資源和效率，使用T0F10120激光測距模塊，它的功能基于激光發(fā)射器，接收器，該模塊既能檢測目標前方預定距離內是否有障礙物，還能得到障礙物與本系統(tǒng)搭載物的距離。由于激光測量的精密度很高、量程大，在現(xiàn)在廣泛的測距模塊中是較為優(yōu)質的選擇。其實物如圖2-3所示。圖2-3TOF10120激光測距模塊該測距使用TOF10120激光測距模塊，具有不接觸的遠程檢測功能，測量范圍有10cm-1800cm，檢測精度最小可達毫米。TOF（TimeofFlight）指的是飛行時間測距法，其工作原理：在測距開始時，激光發(fā)生器發(fā)射一個持續(xù)時間很短但是功率極高的光脈沖，與此同時計時器啟動。光脈沖發(fā)射以后，遇到被測物體會發(fā)生散射飛向各個方向。接受光路收到一部分散射回來的光信號，通過光電轉換器將光信號轉化為電流信號，輸送到回波信號處理電路?；夭ㄐ盘柼幚黼娐穼㈦娏餍盘栟D換為電壓信號，經(jīng)過放大調整后可以得到一個對應的電脈沖，用于觸發(fā)計時器停止計時。此時計時器記錄的時間就是光脈沖從發(fā)射到接受的時間t，（時間t*光速v）/2=被測物到激光測距模塊的距離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）當測試時H遠大于L時，H的距離可近似看成：（2-5）激光速度v可以看做是定值，所以測得與被測障礙物之間距離的受限因素有時間t。激光測距傳感器模塊的工作條件如表2-2所示。表2-2激光測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存儲溫度-40—85°C1.3.4危險警報模塊本設計使用的蜂鳴器TMB12A05實物如圖2-5所示。圖2-5蜂鳴器實物圖蜂鳴器采用的是TMB12A05是一個有源的電磁揚聲蜂鳴器，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蜂鳴器構架類別Magnetic安裝最大高度9.8mm額定電壓5V外形尺寸（D/LxW）?12mm1.3.5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采用標準的14腳（無背光）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為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，使用時可以通過一個10kQ的電位器調整其對比度，避免對比度過高時產(chǎn)生“鬼影”現(xiàn)象。引腳4：RS為寄存器選擇腳，高電平“1”時為擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平“0”時選擇指令寄存器。引腳5：R/W為讀寫信號線，高電平“1”時進行讀操作，低電平“0”時進行寫操作。引腳6：E端為使能端，高電平“1”時讀取信息，負變時執(zhí)行指令。引腳7~14：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。引腳15~16：背光源正極和背光源負極。1.3.6電源模塊對于電子器件來說，當然少不了電源供電，單片機一般使用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換電壓，一般是由高壓轉低壓或者交流轉直流的模塊。將220v交流電轉換為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)運行的重要前提。注意不要把高壓接到單片機上，或者將電源的正負極就接反了，這樣不僅會燒壞單片機，還會引起爆炸，如果把單片機芯片反向插進芯片插座里，由于VCC和GND處于對稱位置，因此在使用時電源連接是相反的，所以插入時要注意芯片的正反向。1.3.7語音播報模塊采用的是WT588D語音模塊，用8歐，0.5瓦的揚聲器發(fā)聲。WT588D系列語音單片機包含了單片機和語音電路兩個部分。WT588D系列語音單片機的優(yōu)點有音質清晰，功能豐富，使用廣泛，穩(wěn)定性好。輕松做到了其他語音芯片做不到的功能，人們能將WT588D語音模塊使用在大部分可以想到的場所。作為一款語音播報的芯片，音質的要求也很高，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幾乎沒有失真的展現(xiàn)出來。模塊如圖2