基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统.doc

毕 业 论 文（设 计）中文题目： 基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统 英文题目： Microcontroller-based Auto Reverse Collision Avoidance Voice Prompt System 专业班级 09电信1班 提交日期 2013年5月15日 摘 要 本文介绍了基于AT89C51单片机的倒车防撞语音提示系统的设计。以单片机为核心的一种低成本、高精度，微型化，数字显示的汽车防撞语音提示系统，主要是利用超声波的特点和优势，将单片机的实时控制以及数据处理功能，与超声波的测距技术相结合，可测试汽车运行中后方障碍物与汽车的距离，通过显示装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警报声。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。本汽车倒车防撞语音提示系统对防范汽车倒车事故的发生具有重要的意义。 关键词单片机 超声波 防撞 语音提示Microcontroller-based auto reverse collision avoidance voice prompt systemAbstractThis article describes the design-based the AT89C51 microcontroller reverse collision avoidance voice prompt system.Microcontroller as the core of a low-cost, high-precision, miniaturization, digital display car crash voice prompt system, the features and advantages of the use of ultrasonic, single-chip real-time control and data processing functions, and the ultrasonic rangingtechnology, the distance between the test and the car run an obstacle behind the car. By the display means to display the distance, by voice circuit according to the distance, a warning sound.The system uses a combination of software and hardware, and has a modular and multi-use features. The auto reverse anti-collision voice prompt system to prevent vehicle reversing accidents is of great significance.Keywords Microcontroller; Ultrasonic; Impact-proof; voice prompts目 录1 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2 课题研究现状分析12 系统设计的目标与任务32.1 系统设计的基本要求32.2 系统设计的思路32.3 系统设计方案论证32.3.1 微处理器选择32.3.2 测距传感器选择42.3.3 显示子系统的选择42.3.4语音模块的选择52.4 系统总体框图53超声波测距工作原理73.1超声波介绍73.2超声波测距原理73.3 超声波测距误差分析83.3.1温度误差83.3.2 时间误差83.4 影响超声波探测的因素94硬件电路设计124.1 单片机模块124.1.1 AT89C51 单片机124.1.2 时钟电路144.1.3 复位电路154.2 超声波测距模块 HC-SR04164.3数码管模块194.4 语音提示模块205 系统软件设计255.1 系统主程序的设计255.2 测距模块的设计275.3 显示及语音提示模块286 实验结论30结论与展望32致 谢33参考文献34附件1:系统原理图35附录2 源程序361 绪论 1.1课题研究的目的和意义随着现代社会工业化程的发展，汽车与电子在我们的世界中显而易见，汽车业与电子业成为世界工业的两大金子塔，随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上电子技术的应用越来越来广泛，汽车电子化的程度越来越高。随着交通运输逐步向高密度发展，电子控制技术又进一步应用于汽车的乘坐安全性和导航等各个应用方面。电子技术在汽车安全控制系统的应用主要是为了增强汽车的安全、舒适和方便。应用的电子技术主要有：雷达式距离报警器，电子控制安全气囊，智能记录仪，自动空调，中央控制门锁，车门、座椅、自动车窗、刮水器，车灯控制，电源控制以及充电器等等。随着技术的增强，汽车导航系统，自动调速系统，汽车监测和自诊断系统以及汽车防撞系统也得到了广泛的应用。随着汽车的广泛应用，越来越多人使用汽车，但是，随着而来出现的问题也越来越多，那就是随着车辆的增多，出现交通事故也就变得频繁，由交通事故导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。交通事故的分析可以看出，有80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，其中有超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞或者其他因素。汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1秒意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发主动式汽车辅助安全装置，如汽车防撞装置等，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。可以看出此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。 本课题采用51单片机对倒车系统的控制，综合运用了微机原理、模拟电子技术、数字控制技术、C语言等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。1.2 课题研究现状分析目前，国内一般使用的超声波测距仪是用专用的集成电路设计的，但是专用的集成电路的成本很高，并且也没有显示距离，操作使用也不方便，而本设计研究的超声波测距成本比较低，性能优良，市场前景十分广阔，对提高我国汽车工业实际水平具有较大的时间意义，在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出语音提示，提醒驾驶员注意后方障碍物并且刹车。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效是减少和避免那些视野不良的大型汽车如冷藏车、食品车、垃圾车、载货车、集装箱车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于进入停车场停车到位、倒车入库以及夜间辅助倒车，甚至还能防止盗贼扒车等。 基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统由单片机内部系统，外部测距系统，数字显示系统，语音提示系统等组成，其中外部测距系统设计是该设计的核心环节。测距有多种方式，比如，微波测距，超声波测距，红外线测距和激光测距等。但是，超声波测距为一种简单可行的方法。 超声波是一种频率高于声波的机械波，它具有频率高，绕线现象小，波长短，方向性好等特点。由于超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远等性能，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速，方便，计算简单，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能够达到工业实时要求，因此在移动机器人等科研的研制上也得到了广泛的应用。2 系统设计的目标与任务2.1 系统设计的基本要求 本次设计的主要内容是设计一种基于AT89C51单片机的汽车倒车防撞语音提示系统的硬件电路，主要是利用单片机对超声波传感器采集的模拟数据的处理及存储，显示距离以及做出相应的语音提示。设计的基本要求： 1. 能快速自动进行语音提示功能：当超声波传感器检测到汽车后方障碍物与汽车的距离小于安全值（1米）时，系统能快速进行语音提醒。2. 准确地向终端发出信号：能够及时准确地向司机进行语音提示，并显示出后方障碍物的距离，快速地实现安全检测。3. 实时检测功能：超声波模块能实时采集汽车与后方障碍物的距离的变化，并将这些数据定时传送给单片机，由单片机传送到显示器显示，有利于让车主及时了解当前所处情况是否处于安全环境之下。2.2 系统设计的思路 该系统分为监测部分与终端接收部分。 监测部分，通过超声波系统对碰到的障碍物进行检测，再通过单片机系统对接收到的数据进行处理，保证在终端能准确地接收信息；终端接收部分，终端通过单片机分析接收的相关信息，在LED数码管上显示与障碍物的距离。2.3 系统设计方案论证2.3.1 微处理器选择方案1：使用51单片机 51单片机具有很强的功能，抗干扰性能力强，软硬件资源都比较丰富，外围接口电路简单，并具有很高的性价比，成本低，而且经过这么多年的发展，技术也相当成熟。方案2：使用MPS430F149系列单片机 此单片机是一款性能高，功耗低的16位单片机，具有的功能非常强大，而且内置高速12位ADC。但是它的价格比较昂贵，而且是TPFQ贴片封装，不利于焊接，需要PCB制版，大大增加了开发的成本。经过综合考虑，本题目采用第一套方案，选取性价比比较高的51单片机。2.3.2 测距传感器选择方案1：红外传感器 其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射回来的红外光，接收管接收到的光的强度随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收红外光的强弱判断障碍物的距离。方案2：激光传感器 它是利用激光的单色性和相干性好，方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距类似，测距仪向目标发射激光信号的往返时间，用光速（30万千米/米）乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。方案3：超声波传感器 超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率的声波。其原理就像蝙蝠，它嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫的时候，它的耳朵能够接受反射回波，从而判断昆虫的位置并捕杀小昆虫。超声波传感器的工作方式是通过发射器发射出来的超声波被物体反射后传到接受器接收来判断是否检测到物体，然后再根据超声波在空气中的传播时间可以计算出距离。 通过比较以上各种传感器的性能，我们能看出激光传感器是比较理想，但是其价格比较高，不易为大众接受。考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间，最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。2.3.3 显示子系统的选择方案1：采用LED7段数码显示管 LED7段数码显示管成本低，设计简单，易于安装，容易显示监控，但不能显示字符。方案2：采用液晶LCD1602显示器 LCD1602液晶显示器是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，价格便宜，容易控制。 基于能够实现显示功能以及个人设计简单方面考虑，本设计采用了四位8段数码管实现显示功能。2.3.4语音模块的选择方案1：采用WT588语音芯片 WT588系列语音芯片是广州创维科技有限公司和台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路于一体的可编程语音芯片，它有多种控制模式，包括并口控制模式和串口控制模式，按键控制模式。它的缺点就是不能现场录音，只能通过电脑连接擦除和改写语音内容。方案2：采用ISD1820语音模块 ISD语音模块是一种可用于各种一段式语音留言的装置，语音提示装置中，能够在电源断开的情况下，可长期保存录音，又可以随意更改录入的内容，整个体积小，厚度为9毫米，使用领域十分广泛，也十分方便。它具有使用方便、语音任意录抹放、断电语音保存、全贴片微型化、微功耗、直推喇叭、音质与磁带效果相当等特点。基于ISD1820语音模块的简单方便符合本设计，故本设计采用ISD1820语音模块作为语音提示。2.4 系统总体框图 系统主要包括超声波模块，单片机控制模块，显示模块和语音提示模块四部分。综合考虑，控制模块采用AT89C51单片机控制，超声波模块采用HE-SR04超声波模块，显示模块采用四位共阳LED数码管模块，语音模块采用ISD1820模块。其系统框图如图2-1所示。单片机AT89C51发送模块接收模块LED显示语音提示 图2-1 超声波系统框图 其中超声波测距模块由发送模块和接收模块组成，通过测距模块采集到的数据经过51单片机处理后在LED显示模块显示并在51单片机控制下设置当距离小于1米时，语音提示系统开始语音提示。3超声波测距工作原理3.1超声波介绍 我们知道，声音是由物体振动发出的。声音的频率是指每秒钟振动的次数，它的单位是赫兹。人耳能听到的声波频率为2020000HZ。当声波的振动频率大于20000HZ或小于20HZ时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20KHZ的声波称为“超声波”，把低于20HZ的声波称为微波。超声波广泛地应用在各种应用技术中。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。由于超声波也是一种声波，超声波在介质中传播的速度和介质的特性有关。 声波是物体机械振动的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的上下或往返运动。超声波和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械波，通常以纵波的方式在各种介质内传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波具有以下的特点：1） 超声波可在气体、固体、液体、等介质中传播。 2） 超声波可传递很强的能量。 3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振等现象。 3.2超声波测距原理 在超声波测距电路中, 发射端输出一系列的脉冲方波, 其宽度为发射超声波到接收超声波的时间间隔, 被测物的距离越远, 脉冲的宽度越大, 输出的脉冲个数与被测的距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如声波幅值检测法、相位检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限；声波幅值检测法又易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法。 其原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波发射器内部的振子并与其产生共振, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测物体, 由被测物体反射到超声波接收器接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播到接收器的时间, 即为往返时间。 超声测距包括脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用的是脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理为超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射超声波, 测量出超声波从发射到接收的时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即： L=ct/2 (3.1)式（3.1）中, L为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c为超声波在介质中的传输速率, t为超声波从发射到接收的时间。在测量精度要求不是很高的情况下, 一般可以把c为常数340m/s。由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。3.3 超声波测距误差分析 根据超声波测距公式L=ct/2，可知测距的误差是由超声波的温度误差、测量距离传播的时间误差和传播速度误差引起的。3.3.1温度误差 由于超声波也是一种声波。其声速C与温度有关。表3-1列出了几种不同温度下的声速。表3-1 声速与温度关系温度()3020100102030100声速(米秒)313319325331338344349386 这是超声波的温度效应特性，超声波的传播速度“C”可以用公式表示： C331.50.607t（m/s）,式中t为温度（）。因此要精确测量与某个物体之间的距离时，则应通过温度补偿的方法加以补偿校正。3.3.2 时间误差 当要求测距误差小于1mm时，假设当室温为20时超声波速度C=344m/s，忽略声速的传播误差。则测距误差t<(0.001/344) 0.000002907s 即2.907ms。 在超声波的传播速度为准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1s的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。 对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0时超声波速度是332m/s, 20时是344m/s，温度变化引起的超声波速度变化为12m/s。若超声波在20的环境下以0的声速测量100M距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5mm。 超声波遇到障碍物后，一部分会反来，那么，通过计算发射出超声波到接收到回波之间的时差，还有超声波的速度，就能算出障碍物的距离。3.4 影响超声波探测的因素图3-1 超声波差距示意图 在图3-1中，用超声波传感器的发射端来发射超声波，同时它的接收端又可以接收到回波。一般使用的超声波频率为40KHZ。根据以上原理，所算出的到障碍物距离都是指障碍物到传感器的距离。 超声波传感器可检测到的角度：超声波传感器发射超声波有一定的角度范围，图3-2，图3-3为常用传感器的探测角度: 图3-2 水平探测角度图3-3 垂直探测角度 以上扇形区域是发射超声波的覆盖区，而覆盖区内的障碍物能否被探测到，则与以下因素有关(见图3-4示):1） 与超声波的放射面的角度有关，反射波是否能被传感器捕捉，与反射面的角度有关。2）超声波在空气中传输时也会衰减，所以同一个反射面，同样的角度，距离越远，发射和反射的超声波衰减越大，越不易被测到。3）与障碍物的材质和表面相关，障碍物会吸收掉一部分超声波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，则与障碍物的材质和表面处理相关。疏松、多孔的表面较易吸收音波而导致反射效率较低，不易被侦测。4）反射面的大小不一样，也会影响反射波的强度。 以上几点简单的说，就是:角度、距离、表面材质和大小。这些因素综合起来，决定障碍物是否会被探测到并且是否测量正确。图3-4 超声波探测障碍物根据以上原理可知，在下列环境下，易造成无法侦测及侦测不良之情况！1）细小物体：铁丝网，绳索类的。2）探测地面：草地行车或崎岖不平路面。3）物质不同：棉质或表面易吸收声波之物质。4）传感器本身：传感器表面附着异物。5）外界影响：同频率(40 KHz)之超声波杂音加金属声，高压气体排放声，汽车喇叭正对传感器鸣叫时。6）障碍物的性状：障碍物为锐角反射体，锥状物体。4硬件电路设计4.1 单片机模块4.1.1 AT89C51 单片机 AT89C51单片机是一种微处理器，具有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位的特点，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图4-1所示。图4-1 AT89C51单片机芯片1） AT89C51单片机主要特性：与MCS-51 相兼容 具有4K字节可编程闪烁存储器 寿命：有1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作为0Hz-24Hz具有三级程序存储器锁定包含128*8位内部RAM有32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：8位双向I/O口，在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0口可用作双向I/O口；在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时，P0可用于分时传送低8位地址（地址总线）和8位数据信号（数据总线）。P1口：8位准双向I/O口。 P2口：8位准双向I/O口。在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用作双向I/O口。在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P2口可用于传送高8位地址(属地址总线) 。P3口：可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。P3口第二功能如下：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） 上述4个I/O口,各有各的用途。 在不并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, 4个I/O口都可作为双向I/O口用。在并行扩展外存储器(包括并行扩展I/O口)时, P0口主要用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口主要用于传送高8位地址信号。P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。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。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。3）振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4）芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4.1.2 时钟电路 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为单片机的XTAL1，输出端为引脚XTAL2。单片机各种功能部件的运行都是以时钟控制信号为标准，有条不紊地一拍一拍地进行工作。因此，时钟频率直接影响到单片机的速度，时钟电路的质量影响单片机系统的稳定性。时钟电路有两种设计有两种方式，一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。我采用的是内部时钟方式，其电路图如图4-2所示。这两个引脚外部跨接石英振荡器Y1和微调电容C1和C2，构成了稳定的自激振荡器。而电容的大小会影响振荡的频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性，因此对于电容选择是很关键的，我们这次设计的时钟电路采用了所提供的30pF电容可以构成稳定的自激振荡器电路图4-2 时钟电路图 。4.1.3 复位电路 复位电路是采用手动按键电平来实现单片机系统的复位的。复位电平是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的其复位电路图如图4-3所示。 图4-3 复位电路图 常见的复位电路为上电复位电路，它能有效的实现上电复位和手动复位。复位信号为高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期以上才能完成复位操作。在复位电路通电瞬间，由于RC的充电过程，在 RST端出现一定宽度的正脉冲，只要该正脉冲保持一定宽度，就能使单片机自动复位。 以上的复位电路在通电时，是通过10uF的电容充电，并在复位端口和地之间加10k欧电阻从而使复位端口能够保持高电平，并有效保持复位按键按下后能够准确复位。4.2 超声波测距模块 HC-SR04 本系统超声波测距模块采用HC-SR04测距模块。 HC-SR04测距模块的测试距离为2cm-400cm，测距精度可达到3mm,模块包括超声波发射器、超声波接收器和控制电路。基本工作原理：采用IO口TRIG触发测距，,加至少10us的高电平信号；自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口Echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速（340M/S）/2. 以51单片机作为主控制器，在超声波模块HC-SR04的Trig端加一个大于10us的高电平，触发发射端产生超声波，同时在接收端(Echo端)等待高电平的输出，一旦检测到有高电平的输出就打开定时器0进行计时。根据所给超声波模块的技术资料可知：Echo端高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。当超声波遇到障碍物，回波被接收端接收到后，Echo端变为低电平。此时关闭定时器0(令TR=0)，读出定时器的值。这个值即为超声波的传播时间(单位为us)。根据声波在空气中的传播速度，方可算出距离。【测试距离(高电平时间*声速(340M/S)/2】将此距离进行处理，在数码管上利用动态扫描法实时显示。 HC-SR04的外型及引脚如图4-4所示，HC-SR04的性能参数和引脚定义分别如表4-1和表4-2所示。图4-4 HC-SR04超声波测距模块外形图表4-1 HC-SR04性能参数工作频率40MHz 工作电压DC5V工作电流15mA最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号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 ( 宽*长*厚 )表4-2 HC-SR04引脚定义引脚功能VCC5V电源GND地线GNDTRIG触发控制信号输入ECHO回路信号输出HC-SR04的超声波时序图如图4-5所示。图4-5 HC-SR04超声波时序图以上时序图表明只需要提供一个10us以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40KHZ周期电平并自动检测超声波的回波，一旦检测到有回波的信号则输出回响信号，回响信号的脉冲宽度与检测的距离成正比，由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。HC-SR04超声波模块电路如4-5,4-6,4-7图：图4-5 超声波接收电路图4-6 超声波发射电路图图4-7超声波模块电路4.3数码管模块 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a ,b ,c ,d ,e ,f ,g , dp "的同名端（本设计为共阳的）连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。 显示电路采用的是共阳极8位数码管，该显示器与驱动电路相连用于控制LED的显示。为使LED显示，只需在D1，D2，D3，D4依次置为低电平信号，再给LED延时一段很小的时间，使数码管分别显示，由于人眼的视觉暂留效应，数码管就像同时显示一样。 本次设计中，我们选用P1口作为段选，连接a ,b ,c ,d ,e, f ,g , dp ，每一段的亮灭。选用P2.3P2.5为对应的“位码”，即连接数码管的“D1，D2，D3”分别控制每一位的亮灭。D1，D2，D3，D4相当于是每一段的COM端，由于是共阳极，只有某一位对应的COM端为1时，所送的段码对该端来说才是有效的。LED数码管显示电路电路图如图4-8所示。 图4-8 LED数码管显示电路电路图4.4 语音提示模块1）功能 ISD系列语音录放组件，是以大规模集成电路ISD系列为核心，内含64K/128K EEPROM存储器、消除噪声的话筒前置放大器和自动增益调节AGC电路、适合语音的专用滤波电路、具有极高温度稳定性能的时钟振荡电路及全部语音处理电路。它具有语音任意录抹放、断电语音保存、全贴片微型化、微功耗、直推喇叭、使用方便、音质与磁带效果相当等特点。这种电路还提了多种应用方式选择和接口，并可方便地应用到各种集成化电子语音系统中。ISD系列语音录放组件可用于各种一段式语音留言装置、语音报警及语音提示装置中，能够在电源断开的情况下，长期保存信息，又可以随意更改录入的内容，整个体积小巧，使用领域十分广泛，也极为方便。 2）特点 可录放十万次，可存储保留一百年 易于使用，无需编程及开发系统，可随意改变录放内容单电源5V供电，具有自动节电功能 直接普通驻极体话筒录音，直接8-16W喇叭放音。 采用简易的手动控制方式，可选循环放音方式 体积小巧，厚度仅为9毫米。可以录音8-16秒. 3） 引脚描述 电源(VCC)地线(VSSA, VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。 录音 (REC) 高电平有效。只要REC为高，芯片即开始录音。录音期间，REC必须保持为高。REC变低或内存录满后，录音周期结束。边沿触发放音(PLAYE) 此端出现上升沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放PLAYE。电平触发放音(PLAYL) 此端从低变高时，芯片开始放音。放音持续至此端回到低电平，或遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。录音指示(/RECLED) 处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出一个低电平脉冲。此脉冲可用来触发PLAYE，实现循环放音。话筒输入(MIC)自动增益控制(AGC) AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量(从耳语到喧嚣声)时失真都能保持最小。通常4.7uF的电容器在多数场合下可获得满意的效果。喇叭输出(SP+,SP-) 这对输出端可直接驱动8以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4倍。SP+和SP-之间通过内部的50K的电阻连接，不放音时为悬空状态。外部时钟(XCLK) 此端内部有下拉元件，只为测试用，不用接。振荡电阻(ROSC) 此端接振荡电阻至VSS，由振荡电阻的阻值决定录放音的时间。直通模式(FT) 此端允许接在MIC输入端的外部语音信号经过芯片内部的AGC电路、滤波器和喇叭驱动器而直接到达喇叭输出端。平时FT端为低，要实现直通功能，需将FT端接高电平，同时REC、PLAYE和PLAYL保持低。 ISD1820语音模块图以及ISD1820芯片管脚排列图如图4-9、4-10所示。图4-9 ISD1820语音模块图图4-10 ISD1820芯片管脚排列图4）使用操作 电源电压3-5V，在录放模式下，按住REC录音按键不放即录音，RECLED灯会亮起，录音在松开按键时停止，放音有三种情况：1、边沿触发放音，只要按PLAYE键一下即将全段语音放出，除非断电或语音结束不能停止放音；2、电平触发放音，当按住PLAYL键时即放音，松开按键即停止；3、循环放音，置循环放音开关闭合，按动PE键即开始循环放音，只能断电才能停止。 在直通模式下，直通开关闭合，对话筒说话会从喇叭里扩音播放出来，构成喊话器功能，由于该模式下的话筒放大同时经过AGC自动增益调节和带通滤波器，其音质比通常的话筒放大器要好很多，而且不会出现喇叭过载的情况。 如果用户不需要直通模式，而且对电路的静态耗电有要求，就可以改变话筒的接入方式，将话筒下端的偏置电阻接到RECLED端，这样，在平时由于RECLED端为高电平话筒没有电压电流，整个电路的耗电几乎为零。但这种方式下直通模式不能工作。如果用户只需要电路做放音用，可以在芯片录好音测试无误后，将芯片的REC端长期接低电平。取消REC按键，这样可以防止意外抹音。 若用户想制作变调电路，现在ISD1820P可以方便的实现，只需要录音和放音时的外部振荡电阻不同就能改变声音的录入和播放速度，。将ROSC端所接的振荡电阻改为电位器可以无级调节语音的快慢，录入的时间越短音质越好，录入的时间越长音质越差。 端接地（VSS），则不循环放音，每触发一次放音一遍。录音状态下L端应接地。 5）ISD1802语音模块的原理图如图4-11所示。图4-11 ISD1802语音模块的原理图5 系统软件设计 本系统的主要功能为发送超声波、对回波进行检查、计算测量距离，显示测量距离、语音提示等。软件包括主程序、计算测量距离