文档介绍：前言
单片机(Microcontroller,徽控制器)的出现无疑是近代计算机技术发展史上的重要事件,它使嵌入式计算机系统实现了单片集成,并促进通用微处理器(CPU)向嵌入式微处理器发展,如今,嵌入式微控制器与嵌入式微处理器形成了嵌入式系统中两个重要组成部分。它的形成与发展,使现代电子技术进入到一个崭新的智能化时代,并推动了计算机外围器件的发展。这些外围器件包括诸如传感器接口通道的大信号输出的传感器,数字化、智能化、集成化传感器、各种类型的模数转换器,集成化数据采集器,V/F转换器、跟踪/保持器、多路选择器、基准电源等,人机对话的各种键盘驱动器、LED/LCD 显示驱动器及相应的显示模块,语音合成器件、伺服控制通道接口的数据转换器、F/I转换器、以及形形色色的电子电力集成器件、数据通信通道接口各类电平转换与驱动等等。
而单片机作为嵌入式控制模块,它应用于许多电器之中,如冰箱、微波炉、彩电、空调等,还有其他大型电器。单片机已成为高科技领域中的有力工具,已开始在工业测、控系统,机器人感觉系统、行走系统,分布式测控系统,快速多机实时处理系统和图像系统中成为不可缺少的重要组成部分。
超声波传感技术可以方便的应用在工业测、控系统,机器人感觉系统、行走系统中。
人类的耳朵只能分辨频率为20至2万赫兹的声音,频率比人的听频范围高的声波就叫做超声波。不同的动物可听到的声波频率范围不尽相同。超声波对于蝙蝠更为重要,这种动物是靠超声波来“看”世界! 蝙蝠先会发出一连串超声的尖叫声,声波遇到障碍物便会反射,就像我们向山谷拍手会听到回声一样。由于超声波的频率高,相对较少出现绕射现象,所以回声十分清晰。蝙蝠分析回声的方向和回传时间,便可以知道环境的精确图像。同样的道理,可以更改频率获得能在空气中传播的超声波,这样的声波遇到障碍物的时候返回,因此,通过分析时间间隔的大小可以获得本体与障碍物间的距离,这样的检测称为无接触测量技术,有广泛的运用场合。
因此超声波装置尤其适用于存在/非存在监测、精确距离监测,或其它类型传感技术不能很好的发挥作用的应用领域,如监测透明或发光物体、充满雾气或尘埃的空气,或是喷射状液体,而且随着性能的提升,可以进一步取代其他的检测方式,以其便捷性和精度高等优势成为一种理想和被推荐的检测,有更广的应用前景。
目前,人们已经制成了许多超声波发生器。超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。
1方案选择的论证和选择
:采用单片机来控制的超声波测距仪
采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号,经过信号线,把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上,再由超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:
原理框图如1-1所示:
开始测量
超声波信号
开定时器
关定时器
数据运算
显示器
接收检测
电声换能器
电声换能器
驱动电路
图1-1采用单片机来控制的超声波测距仪
:采用CPLD来控制的超声波测距仪
采用CPLD来控制的超声波测距仪,主要是在软件上运用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)编写程序使用MAX+plus II软件进行软硬件设计的仿真和调试,最终实现测距功能。使用本方案的优点在于在超声波测距仪设计中采用的是MAX7000s系列中的EPM7128SLC84-15的CPLD器件,,可用于组合逻辑电路、时序逻辑电路、算法、双端口RAM等的设计。充分利用了其多达128个宏单元、68pin可编程I/O口,使该器件可以将分频功能、计数功能、显示编码功能、振荡功能全部集于一体。又因其延时平均的特点,保证了测距结果精度高、响应速度快。缺点是方案中需要一块FPGA,一块双口RAM,还需要一块用来存储波形数据的EEPROM,那么设计的成本较高。同时在FPGA中还要用硬件描述语言(VHDL语言)编写程序来实现硬件电路功能。
由于EPM7128SLC84-15的算法复杂,所以在软件实现起来编程也复杂。
方案设计三:采用锁相环频率合成技术
采用锁相环频率合成技术,也可以实现我们所需要的超声波