基于單片機的超聲測距安全系統實驗設計與實現

隋美蓉, 莊文強, 王 輝, 胡俊峰

(徐州醫科大學 醫學影像學院, 江蘇 徐州 221004)

基于單片機的超聲測距安全系統實驗設計與實現

隋美蓉, 莊文強, 王 輝, 胡俊峰

(徐州醫科大學 醫學影像學院, 江蘇 徐州 221004)

為加強影像綜合訓練中心人才創新能力的培養、提高醫學類院校理工科學生的工程實踐能力,設計開發了一套基于單片機的超聲測距安全系統,介紹了系統的組成與工作原理、硬件設計及軟件仿真。該系統應用于生物醫學工程、醫學信息等專業電子課程設計實踐教學中,提高了學生的科研創新能力。

單片機； 超聲測距； 電子課程設計

目前,超聲波作為一種新型測距工具,在各方面都有很大的發展空間[1-3],例如:為滿足水中武器實施全隱蔽攻擊的需要,將研制高定位精度的被動測距聲納；為解決機器人對目標障礙物的識別而研制更精確的機器人避障測距系統[4-5]等；車輛在倒車過程中,視線因受到一定限制,若不借助他人指導或相關輔助設備,行駛的車輛與后部車輛或者大型物體碰撞的事件很容易發生,這樣會造成各種麻煩,因此,對駕駛者來說,能及時、實時、便捷地了解車輛倒車時倒車環境的改變,具有很強的意義。為提高我校相關專業電子課程設計實驗教學水平,培養學生的硬件設計及軟件開發能力,設計了一套基于單片機[6-8]的超聲測距安全系統。

1 系統框架設計

本系統主要由測距模塊和提醒模塊組成,如圖1所示。

圖1 系統模塊結構圖

測距模塊實現超聲測距語音播報功能,利用超聲波的發射與接收獲取被測物體的距離,通過單片機對超聲波模塊獲取的距離進行數據處理,實現數碼管對測量距離的實時顯示,并通過揚聲器進行測量距離的語音播報等功能。提醒模塊作為車輛停車安全的輔助功能,增添了車輛停車兒童安全提醒系統,提醒駕駛員不要將兒童留在車內,避免危險的發生。

2 硬件設計

2.1 測距模塊

測距模塊由單片機、超聲波傳感器[9-10]、三位數碼管顯示器、語音芯片、揚聲器等組成,如圖2所示。單片機選用電子設計中常見的型號STC89C52[11],超聲波傳感器型號為壓電式HC-SR04[12]。

圖2 超聲波測距模塊結構框圖

超聲波發射器受單片機的控制,根據指令完成超聲波的發射。本設計使用的超聲波傳感器可以實現每次連續發出8個頻率為40 kHZ的方波信號。然后,由單片機控制,立即對單片機內部的定時器/計數器實施開啟計時操作,并自動循環檢測是否有回波信號的返回。一旦檢測到返回信號,單片機對定時器/計數器實施關閉計時的操作。立即停止計時操作,并輸出相應的計時時間。數據經單片機處理后,計算得出距離S,送數碼管顯示、送語音芯片處理以及送揚聲器播報等。圖3給出了單片機與超聲傳感器的引腳電路圖。

圖3 單片機與超聲傳感器的引腳電路仿真圖

2.2 提醒模塊

本模塊采用單片機作為基礎器件對各個元件進行控制,實現功能：當車輛停車旋轉車鑰匙離開時,單片機同時控制發光二極管與蜂鳴器進行工作,在聲與光2個方面提醒駕駛者不要將兒童留在車內,避免發生危險。模塊電路圖如圖4所示。利用自鎖開關實現車輛熄火自動觸發提醒裝置工作的效果,其中發光二極管作為光提醒,蜂鳴器作為聲報警。該聲與光提醒系統必須通過駕駛者的按鍵操作才可以關閉，因此,每次駕駛者準備離開時都會由于提醒系統而主動檢查是否將兒童留在車內,從而避免不慎將兒童留鎖車內情況的發生。

圖4 停車兒童安全提醒模塊電路圖

3 軟件設計

當測距模塊探測到被測物體小于某個距離時(如70 cm)就語音提醒,并進行數碼顯示,當距離更近時(如10 cm)用紅光閃爍進行輔助提醒。當車輛停止時,通過自鎖開關啟動兒童座椅系統進行聲光提醒駕駛者,駕駛者仔細檢查后關閉提醒系統。具體工作流程圖如圖5所示。

圖5 系統軟件工作流程圖

4 結語

本系統是基于單片機的硬件搭建和軟件設計,除了要求學生有扎實的理論基礎,還必須有較強的實際動手能力。在實驗教學中,通過和超聲波測距這樣的實際問題相結合,激發學生的求知欲望和學習熱情,鍛煉學生的硬件設計和軟件編程能力,從而有助于人才創新能力的培養。

References)

[1] 邱生卓,譚興,黃寧.超聲波測距語音提示系統的研究[J].工業控制計算機,2013(8)：109-110.

[2] 龐京玉,王俊.高精度超聲波測距系統開發[J].現代計算機(專業版),2009,5(3)：8-13.

[3] 史曉華,杜新培.超聲波測距系統[J].科技廣場,2008,5(1)：59-61.

[4] 李會來,李小民,蘇立軍,等.一種適用于機器人避障的超聲波測距系統設計與實現[J].儀表技術,2010(7)：32-34.

[5] 李恒,徐小力,左云波.移動機器人超聲波測距避障系統設計[J].現代電子技術,2014,37(3)：157-159.

[6] 趙月靜,陳繼榮,張永弟.單片機原理及應用課程創新實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2013,30(1)：176-179.

[7] 王海燕,楊艷華.Proteus和Keil軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2012,31(5)：88-91.

[8] 高林.單片機原理與微機原理綜合仿真系統的設計及應用[J].實驗技術與管理,2014,31(3)：91-94.

[9] 王翥,崔曉志,侯春雷.超聲波傳感器接收信號強度非對稱性分析及對策[J].傳感技術學報,2015,28(1)：81-85.

[10] 張文,孫作雷,曾連蓀,等.基于超聲波雷達傳感器的AGV導航參數選擇[J].傳感器與微系統,2014,33(12)：34-37.

[11] 李文濤,楊小新.基于STC89C52的智能溫度變送器的設計[J].儀表技術與傳感器,2012(11)：67-70.

[12] 洪松,朱龍英. 基于ARM-Linux的超聲波測距系統設計與實現[J].自動化與儀表,2013,28(3)：21-24.

Design and realization of experiment for ultrasonic distance measuring safety system based on MCU

Sui Meirong, Zhuang Wenqiang, Wang Hui, Hu Junfeng

(School of Medical Imaging,Xuzhou Medical University,Xuzhou 221004, China)

In order to strengthen the training of students’ innovation ability in the comprehensive training center for imaging,and to improve the engineering practical ability of the science and engineering students in medical universities,the ultrasonic distance measuring safety system based on MCU is designed and developed. The system composition,its working principle,the hardware design and the software simulation are introduced. This system is applied to the practical teaching of the electronic course design for the students of Biomedical Engineering major,Medical Information major,etc.,and helps the students to improve their research and innovation ability.

MCU (microcontroller unit); ultrasonic distance measuring; electronic course design

10.16791/j.cnki.sjg.2017.07.047

2017-01-19

2017-03-02

江蘇省教育教改課題(2015JSJG062)

隋美蓉(1982—),女,山東威海,碩士,講師,從事生物醫學工程專業教學科研工作.

E-mail：smr2012@xzhmu.edu.cn

642.423

A

1002-4956(2017)07-0182-03