隋美蓉, 莊文強(qiáng), 王 輝, 胡俊峰

(徐州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院, 江蘇 徐州 221004)

基于單片機(jī)的超聲測(cè)距安全系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隋美蓉, 莊文強(qiáng), 王 輝, 胡俊峰

(徐州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院, 江蘇 徐州 221004)

為加強(qiáng)影像綜合訓(xùn)練中心人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、提高醫(yī)學(xué)類(lèi)院校理工科學(xué)生的工程實(shí)踐能力,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于單片機(jī)的超聲測(cè)距安全系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的組成與工作原理、硬件設(shè)計(jì)及軟件仿真。該系統(tǒng)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)信息等專業(yè)電子課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中,提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

單片機(jī)； 超聲測(cè)距； 電子課程設(shè)計(jì)

目前,超聲波作為一種新型測(cè)距工具,在各方面都有很大的發(fā)展空間[1-3],例如:為滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要,將研制高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納；為解決機(jī)器人對(duì)目標(biāo)障礙物的識(shí)別而研制更精確的機(jī)器人避障測(cè)距系統(tǒng)[4-5]等；車(chē)輛在倒車(chē)過(guò)程中,視線因受到一定限制,若不借助他人指導(dǎo)或相關(guān)輔助設(shè)備,行駛的車(chē)輛與后部車(chē)輛或者大型物體碰撞的事件很容易發(fā)生,這樣會(huì)造成各種麻煩,因此,對(duì)駕駛者來(lái)說(shuō),能及時(shí)、實(shí)時(shí)、便捷地了解車(chē)輛倒車(chē)時(shí)倒車(chē)環(huán)境的改變,具有很強(qiáng)的意義。為提高我校相關(guān)專業(yè)電子課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平,培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)能力,設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)[6-8]的超聲測(cè)距安全系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由測(cè)距模塊和提醒模塊組成,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)超聲測(cè)距語(yǔ)音播報(bào)功能,利用超聲波的發(fā)射與接收獲取被測(cè)物體的距離,通過(guò)單片機(jī)對(duì)超聲波模塊獲取的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管對(duì)測(cè)量距離的實(shí)時(shí)顯示,并通過(guò)揚(yáng)聲器進(jìn)行測(cè)量距離的語(yǔ)音播報(bào)等功能。提醒模塊作為車(chē)輛停車(chē)安全的輔助功能,增添了車(chē)輛停車(chē)兒童安全提醒系統(tǒng),提醒駕駛員不要將兒童留在車(chē)內(nèi),避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)距模塊

測(cè)距模塊由單片機(jī)、超聲波傳感器[9-10]、三位數(shù)碼管顯示器、語(yǔ)音芯片、揚(yáng)聲器等組成,如圖2所示。單片機(jī)選用電子設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的型號(hào)STC89C52[11],超聲波傳感器型號(hào)為壓電式HC-SR04[12]。

圖2 超聲波測(cè)距模塊結(jié)構(gòu)框圖

超聲波發(fā)射器受單片機(jī)的控制,根據(jù)指令完成超聲波的發(fā)射。本設(shè)計(jì)使用的超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)每次連續(xù)發(fā)出8個(gè)頻率為40 kHZ的方波信號(hào)。然后,由單片機(jī)控制,立即對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)施開(kāi)啟計(jì)時(shí)操作,并自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)是否有回波信號(hào)的返回。一旦檢測(cè)到返回信號(hào),單片機(jī)對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)施關(guān)閉計(jì)時(shí)的操作。立即停止計(jì)時(shí)操作,并輸出相應(yīng)的計(jì)時(shí)時(shí)間。數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后,計(jì)算得出距離S,送數(shù)碼管顯示、送語(yǔ)音芯片處理以及送揚(yáng)聲器播報(bào)等。圖3給出了單片機(jī)與超聲傳感器的引腳電路圖。

圖3 單片機(jī)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(jī)作為基礎(chǔ)器件對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)車(chē)輛停車(chē)旋轉(zhuǎn)車(chē)鑰匙離開(kāi)時(shí),單片機(jī)同時(shí)控制發(fā)光二極管與蜂鳴器進(jìn)行工作,在聲與光2個(gè)方面提醒駕駛者不要將兒童留在車(chē)內(nèi),避免發(fā)生危險(xiǎn)。模塊電路圖如圖4所示。利用自鎖開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛熄火自動(dòng)觸發(fā)提醒裝置工作的效果,其中發(fā)光二極管作為光提醒,蜂鳴器作為聲報(bào)警。該聲與光提醒系統(tǒng)必須通過(guò)駕駛者的按鍵操作才可以關(guān)閉，因此,每次駕駛者準(zhǔn)備離開(kāi)時(shí)都會(huì)由于提醒系統(tǒng)而主動(dòng)檢查是否將兒童留在車(chē)內(nèi),從而避免不慎將兒童留鎖車(chē)內(nèi)情況的發(fā)生。

圖4 停車(chē)兒童安全提醒模塊電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)測(cè)距模塊探測(cè)到被測(cè)物體小于某個(gè)距離時(shí)(如70 cm)就語(yǔ)音提醒,并進(jìn)行數(shù)碼顯示,當(dāng)距離更近時(shí)(如10 cm)用紅光閃爍進(jìn)行輔助提醒。當(dāng)車(chē)輛停止時(shí),通過(guò)自鎖開(kāi)關(guān)啟動(dòng)兒童座椅系統(tǒng)進(jìn)行聲光提醒駕駛者,駕駛者仔細(xì)檢查后關(guān)閉提醒系統(tǒng)。具體工作流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件工作流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的硬件搭建和軟件設(shè)計(jì),除了要求學(xué)生有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),還必須有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,通過(guò)和超聲波測(cè)距這樣的實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情,鍛煉學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程能力,從而有助于人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

References)

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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(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)科研工作.

E-mail：smr2012@xzhmu.edu.cn

642.423

A

1002-4956(2017)07-0182-03