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1、安徽工业大学I大学生电子设计竞赛具有实时语音播报的超声波测距测速仪（C 题）设计报告书2011 年 7 月 31 日安徽工业大学II具有实时语音播报的超声波测距测速仪摘要：随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本设计对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用单片机以及超声波在介质的传播特性等知识，采用 ISD4004 作为语音播报，在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。为了保证超声波测距模块的可靠性和稳定性，其本身采取了相应的抗干扰措施。该测距仪最大测量距离是3.5m，最小测量距离是 3cm，精确度是 3cm。这套系统软硬件设计合理、抗
2、干扰能力强且实时性良好，经过系统扩展和升级，可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车及机器人等。关键词：超声波测距、单片机；、语音播报。安徽工业大学III目 录第一章 前言 .4第二章 总体方案设计 .62.1 方案比较 .62.2 方案论证 .72.3 方案选择 .11第三章 单元模块设计 .123.1 实时语音播报的超声波测距测速仪电路总体设计方案 .133.2 实时语音播报的超声波测距测速仪电路各部分模块的设计 93.2.1 超声波发射接收电路的设计 .123.2.2 语音播报模块设计 .183.2.3 显示模块的设计 .22第四章 系统软件设
3、计4.1 系统程序流程图 .4.2 1602 显示子程序 .4.3 ISD4004 录音子程序 .4.4 超声波子程序.4.5 数据处理子程序.第五章 测试安徽工业大学4第一章 前言题目要求具有实时语音播报的超声波测距测速仪（C 题）一、任务设计并制作一台具有实时语音播报的超声波测距测速仪，被测物为一块面积不大于 30cmX20cm 的实物（可以和小车装在一起） 。测距测速仪用 4 节干电池供电。二、要求1基本要求（1）具有超声波测距功能，测量距离 0.2m3.0m，测距精度1cm；（2）自动语音实时播报测量距离数值，格式：几点几几米；实时播报时间间隔10s ；实时播报声音清晰明亮、无明显失真
4、，在 1 米距离处人耳能准确分辨。（3）实时显示测量的距离，显示要与语音播报同步，显示格式为：X.XX m。2发挥部分（1）测量距离：0.2m20.0m ，测距精度：0.3cm，并实时播报与显示。（2）汉字提醒显示：距离在 0.2m2.0m，显示“危险距离”并用红色 LED 灯指示；距离在 2.0m3.0m ，显示“保持距离” 并用黄色 LED 灯指示；距离在 3.0m 以上, 显示“安全距离”并用绿安徽工业大学5色LED 灯指示。（3）具有测速功能，实时播报与显示被测物运动速度，测量精度：5% 。（4）其他特色与创新。三、评分标准项 目 得 分设计与总结报告 50基本要求 实际制作完成情况
5、50完成第（1）项 15完成第（2）项 15完成第（3）项 15发挥部分完成第（4）项 5四、说明在测试过程中，10 分钟内不准更换电池。安徽工业大学6第二章 总体方案设计系统框图2.1 方案比较凌阳单片机具有出色的语音功能可以做为首选单片机，用凌阳单片机可以省略语音播报模块可以直接实现实时播报，但凌阳单片机价格相对比较高，只是实现简单的语音播报超声波测出的距离用 51 足够，用凌阳有点大材小用，而且 51 单片机相对比较简单，使用方便，因此选择以 51单片机为核心，使用语音芯片做为语音播报的具有实时语音播报的超声波测距测速仪。安徽工业大学72.2 方案论证AT89C 系列单片机是 Atmel
6、 公司生产的一款标准型单片机。其管脚图如图 2.3 所示。图 2.3 AT89C52 单片机管脚图AT89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，安徽工业大学8P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/
7、O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断 0)P3.3 /INT1(外部中断 1)P3.4 T0(记时器 0 外部输入)P3.5 T1(记时器 1 外部输入)P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3 口同时为闪烁编程
8、和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据安徽工业大学9存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLA
9、SH 编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源(VPP) 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。用超声波模块 DYP-ME007 测距 DYP-ME007 超声波测距模块可提供 3cm-3.5m 的非接触式距离感测功能，给控制口发一个 10US 以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测，就可以达到你移动测量的值了。1602 显示实时测距显示工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符，1602液晶模块
10、内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大安徽工业大学10小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H ） ，显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” 。 因为 1602 识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A 。ISD4004 可以播报实时距离ISD4004 系列工作电压 3V,单片录放时间 8 至 16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便
11、携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术, 内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中, 因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声, 避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低 ,录放时间越长 ,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存 100 年(典型值),反复录音
12、 10 万次。安徽工业大学112.3 方案选择由单片机 STC89C52 编程产生 10US 以上的高电平，由 P1.0口输出，就可以在接收口 P3.2（Echo 引脚）等待高电平输出。一旦有高电平出处，即在模块中经过放大电路，驱动超声波发射探头发射超声波。发射出去的超声波经障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到信号，通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，接收口 P3.2 口即变为低电平，读取单片机中定时器的值。单片机利用声波的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物的距离，并由单片机控制显示出来。该测距装置是由超声波模块、单片机、语音播报和 1602 显示电路组成。传感
13、器输入端与发射接收电路组成超声波测距模块，模块的输出输入端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接安徽工业大学12第三章 单元模块设计3.1 实时语音播报的超声波测距测速仪电路总体设计方案安徽工业大学133.2 实时语音播报的超声波测距测速仪电路各部分模块的设计3.2.1 超声波发射接收电路的设计DYP-ME007 超声波模块电气参数 DYP-ME007 超声波模块工作电压 DC 5V工作电流 15mA工作频率 40Hz最远射程 3.5m最近射程 3cm输入触发信号 10uS 的 TTL 脉冲输出回响信号 输出 TTL 电平信号，与射程成比例规格尺寸 45*20*15mm本测距模块使用的是压电式超声波发生器探头，压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图2-3所示，它有两个压电陶瓷晶片和一个金属片共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电陶瓷晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电
