位置跟随系统

1、中文摘要本文设计的是超声波测距模块和随动系统模块。本系统设计可分为超声波收发模块、电机驱动模块和LCD1602显示模块。系统运行时，先由ATmega16单片机控制超声波模块发射超声波信号，同时通过单片机内部定时器定时，测量超声波信号从发送到遇到障碍物然后返回所需要的时间，从而算出超声波系统与障碍物之间的距离。所得数据由LCD1602显示器显示，最后由电机驱动电路驱动电机，保持本系统与障碍物的距离为一定值，从而实现随动功能。经过试验电路和程序的调试和运转,证明出超声波测距模块和随动系统模块都具有硬件布局简易,操纵便捷,有很好的抗干扰性的优点。超声波测距模块能够准确衡量和障碍物之间的距离。主要由U

2、LN2003步进电机，28BYJ48构成的随动系统，也能够实现当步进电机运行时，被控制量能够准确进行跟踪并且能够无误地跟随来复现给定量。关键字：超声波测距；ATmega16单片机；LCD1602显示器；ULN2003步进电机；28BYJ48AbstractThis design includes ultrasonic ranging module and servo module. This system can be divided into ultrasonic transceiver module, motor driver module and LCD1602 display modu

3、le. The system is running like this: ATmega16 single chip microcomputer control ultrasonic module, and make the ultrasonic module launch ultrasonic signal, at the same time ,the Timer calculate the time of ultrasonic signals, which is from out to come back , finally the system calculate the distance

4、 which is between ultrasonic system and obstacles. The data would be displayed by the LCD1602 display, and then the circuit drive motor, besides keeping the distance between this system and the obstacle fixed, so as to realize the function of servo. After debugging and running, the program can prove

5、 that the ultrasonic ranging module and servo module is simple, convenient and antiinterference strong. Ultrasonic ranging module can accurately measure the distance between ultrasonic system and obstacles. The servo system made up of ULN2003 stepper motor, and 28 BYJ 48 can achieve the function tha

6、t the variable can accurately track and follow known quantity when the step motor is running.Key words: ultrasonic ranging；ATmega16 Microcontroller；LCD1602 display； ULN2003 stepper motor ；28 BYJ 48 目 录第1章 前言11.1 设计的背景及意义11.2 本设计所做的工作2第2章 超声波测距模块和随动系统模块的系统设计32.1 超声波测距系统测距方案的比较与选择32.2 超声波测距的原理32.3 步进电

7、机的工作原理52.3.1 结构及基本原理52.3.2 两相电机的步进顺序52.4 常见的步进电机控制方案82.4.1 基于电子电路的控制82.4.2 基于PLC的控制92.4.3 基于单片机的控制92.5 步进电机驱动技术92.6 液晶显示简要介绍102.6.1 液晶显示的原理102.6.2 液晶显示器的分类102.7 超声波测距模块的方案设计12第3章 超声波测距模块和随动系统模块的硬件设计133.1 单片机外围电路设计133.1.1 单片机设计方案比较133.1.2 ATmega16单片机的特点133.2 超声波发射电路设计143.3 超声波接收电路设计173.4 ULN2003183.5

8、 28BYJ-48型步进电机19第4章 软件设计与系统调试214.1 软件程序及流程图214.1.1 主程序流程图214.1.2 发射程序与接收流程图214.1.3 距离计算与显示子程序224.2 系统调试23结论参考文献致谢16第1章 前言1.1 设计的背景及意义尽管测量距离有很多方法,如激光测距,微波测距、红外测距和超声波测距等等。但是超声波的指向性强度，高频率，线性的传播和反射能力强；能源消耗低,容易控制等优点,在反射、定位和检测测量中被广泛使用。超声波测量距离时，方向性强、传输距离长、受环境影响较少，布局简易、体积小、信号处理牢靠、成本低。所以在智能汽车试验中，利用超声波测量距离是一种

9、更好的方式。超声波距离测量是基于生存原则的时候不生物防御和捕获猎物的视觉能力，通过一个障碍物反射回的时间间隔和超声波的强度来判断障碍物的属性和位置的一种方法。定子和转子是组成步进电机的重要部分，他们能高精度的控制旋转速度和精度。电流流过定子的时候，定子就会产生相应的磁场。该磁场驱动转子旋转，在定子磁场的旋转角度的磁场方向的转子磁场定向的1。由于步进电机有很多突出优点使其成为机电一体化产品，且很大程度地运用在很多自动化的控制系统中。这几年来因为微机的迅速发展变化， 对步进电机的控制带来很大的变化。步进电机应用于很多电子计算机设备中，步进电机也在军事装备、通信和雷达设备、摄像系统,光电装置、控制阀

10、、数控机床、电子时钟、医疗设备和自动绘图机,数字控制系统, 过程控制系统和大量的航空航天工业系统2。因此，研究步进电机控制显得尤为重要。步进电机的控制，以达到良好的控制性能。之前的步进电机调试安装相当繁琐，不只是需要很多的元件而且一旦定型后，要重新设计系统才能更改控制计划，从而不利于系统升级改进。因此，微型单片机控制步进电机已成为不可避免的趋势,也能满足数字时代发展的要求。根据当前驱动器解决方案和报告的汇编语言和C语言软件开发,通过串行或并行的PC和步进电机控制器,最后就完成PC机直接控制步进电机3。随着机器人技术在诞生后仅仅几年的快速发展,其应用范围正逐渐从工业生产到人们的生活。如此广泛的应

11、用，使了解机器人进而改变人们的生活变得尤为重要。超声波主要用于倒车雷达，测距仪，液位计，移动机器人，建筑工地和一些行业，如：距离，水平，井深，管道长度，速度等4。超声波的应用随着社会的发展，越来越被广泛到各个领域。我国对超声波有很大范围的研究，但是对新型超声波的研究和应用，我国就显得没有世界上其他国家研究的全面，但是很多在电子业的创新科技人才也带领我国在新型超声波的领域也取得了一定的成就。超声波是非接触式的测量方法。它的很多优点，比如价格低廉，信号稳定，受天气影响小等等，使很多人认为它在未来生活中有很好的发展前景，必定将来有很广阔的市场。近年来，我国在步进电机上的快速发展，吸引了很多国外企业的

12、大量涌入。在我国，他们看到了可以发展步进电机的广阔市场，同时有大量的廉价劳动力。步进电机由于它本身有很多的优点，比如设置体型小，安全，廉价，使它在很多领域有很广阔的前景。尽管从历史的角度，电机已经早已进入工业生产，进入我们的生活，但是由于它的不断改进，性能和效率的大幅度提高。国内外很多大小中型企业把目光集中在步进电机上。近年来步进电机的发展在很多领域可以说是相当活跃。步进电机的一个很重要的应用是在芯片上，由于使用芯片，使步进电机的体型变小，性能增强。在对步进电机的转动控制中，我们寻求一种适合的升降曲线来描述，但是在数学上很难描述出来，所以我们借助微型计算机的编程和调试下，能够描绘出大致的曲线图

13、，所以这就促成了微机和步进电机相结合的工作方式，从而进一步加大了步进电机的应用领域。1.2 本设计所做的工作这个设计是基于ATmega16单片机为核心的超声波测距系统，使用单片机控制超声波传输电路产生方波，利用发射波和回波的时间差，通过定时计数器，计算并显示测量距离。所得数据由LCD1602显示器显示，最后由电机驱动电路驱动电机，保持本系统与障碍物的距离为一定值，从而实现随动功能。经过试验电路和程序的调试和运转,证明出超声波测距模块和随动系统模块都具有硬件布局简易,操纵便捷,有很好的抗干扰性的优点。超声波测距模块能够准确衡量和障碍物之间的距离。主要由ULN2003步进电机，28BYJ48构成的

14、随动系统，也能够实现当步进电机运行时，被控制量能够准确进行跟踪并且能够无误地跟随来复现给定量。第2章 超声波测距模块和随动系统模块的系统设计超声波测距利用超声波的传播时间使用计算距离，超声波遇到障碍物，时间差测量在发射超声波测距的关键，所以超声波测距需要做发射、接收、计时、显示等工作。为了使协调这些模块完成测量工作，有一个相对完善的超声波测距系统的设计需要。2.1 超声波测距系统测距方案的比较与选择由于自动化在工业上的大幅利用，测距问题越来越重要。一般运用的方式是红外线测量距离距，激光测量距距，雷达测量距离和超声波测量距离。红外线安全，但测量范围窄，如果成本高精度会更高；激光测距速度快、精度高

15、、范围大，光学、电子干扰抵抗强，但生产要求高难度且高成本，以及光学系统需要保持清洁，不然会影响测量 5。相比于以上的测距方法，超声测距有如下特点：(1)超声波不敏感于光线和色彩，能够用它识别透明或者是漫反射性较差的物体(比如玻璃、抛光体)，也能够在黑暗,灰尘或者是烟雾中应用。(2)超声波对电磁场和其他电磁干扰不敏感,可用于强电磁干扰,有毒、有害等恶劣环境中。(3)超声波传感器布局简易、体积较小、技术要求简单、信息处理可靠性高、成本较低，便于小型化或者集成化6。当然，超声波测距有一些缺点，比如会受到温度、气流、材料等的影响。综合本论文的设计目的，我觉得最符合要求的是超声波测距。2.2 超声波测距

16、的原理当超声波发生器的两个极外面所加的脉冲信号，如果产生共振，然后启动共振片产生振动，从而生成超声波。超声波测距有如下方式:测试输出脉冲宽度，也就是说，超声波发射和回波的时间差,测距的原理图如下图21所示，距离的公式为s= ct / 2，（c是声速）。经过测试发射和接受设备之间间隔h，采用直角三角形的求法可得。由于sh，那么ds，d=s= ct/2。测试电路使用的就是此方法7。 目标hdS图21 测距原理图在室温下的空气中，超声波的传播速度为334米/秒，但其速度v是暴露在空气中，温度，压力等因素的影响，其中受温度的影响，如温度每上升1，声速增加约0.6米/秒8。声速和温度之间的关系如表2 1

17、所示。在测距精度要求非常高的时候，应该基于温度补偿方法对传播速度加以校正。当时环境的温度为T，超声波的速度V的近似计算的公式（21）为： V=331.5+0.607T （21）表21 声速与温度关系表温度（）302010010203040声音的速度（米/秒）3133193253323383443503562.3 步进电机的工作原理2.3.1 结构及基本原理控制电机的转子旋转即以固定的规则控制住定子绕组的电流进而生成旋转的磁场。根据脉冲电压的分布，各相绕组电流的电机开关的步骤，在提供连续的脉冲，可以一步一步的连续转动，使电机转动。如图22所示。磁场对直的转子和定子磁场定子产生。图22 激励线圈产

18、生的电磁场2.3.2 两相电机的步进顺序2.3.2.1 两相电机的单相通电步进顺序在图23中，我们可以清楚地显示在单一顺序电连接在由步进电机的典型步骤。在第一步骤中，两个相定子一通电，因为吸引力，磁场会固定在转子位置。当一个被关闭，B通电，转子顺时针旋转90度。在第三个步骤当中，B关闭、A通电，只是极性与第1个步骤恰恰相反，这就使得转子又一次旋转90度。图23 单连接电步进顺序两相电机2.3.2.2 两相电机的双相通电步进顺序图23显示的步骤序列称为“单相驱动”的步骤。更常用的方法是“双动力”，电机通电。但是，只能转换极性相的，如图24所示。在第一步骤中，A相和B相的同时，用两个相定子，由于吸

19、引力，再加上磁场力的作用，转子固定在第一位置图。在第二步骤中，两个定子相关，与A和B（A与电极的第一步不是连通）和电力，由于吸引力，加上相互作用力，转子的磁场是固定在第二位置。在第三步中，A相和B相的同时，用两个相定子，由于吸引力，再加上磁场力的作用，转子固定在第三位置图。在第四步中，B相同时，相两相定子电流，由于吸引力，再加上磁场力的作用，转子固定在第四位置图。按以这种方式，电机转一周。两相步进电机，转子和定子相之间的直线轴。因为这两个已通电，该方法比“单相电”的步骤，提供41.1%以上的扭矩，但输入功率的2倍。图24 两相电机双激发步骤序列2.3.2.3 步进电机的半步工作方式从图中我们可

20、以很容易地看到半步模式是两相电机单激励模式和两相电机双电连接模式的结合。两相步进电机工作的模式主要有两相四拍和两相八拍这两种，两相四拍工作模式如图23和图24，图25是两相八拍工作的模式。图25 两相电机半步步进顺序2.4 常见的步进电机控制方案2.4.1 基于电子电路的控制因为驱动脉冲控制信号非常微弱，所以必须有一个功率放大器电路。步进电机驱动系统是由步进电机与控制电路、功率放大驱动电路构成。此系统的组成如下图26所示。图26 基于电子电路的控制系统这个方案也可以开环控制，闭环控制。这个方案一般都是经过某些规模比较大的集成电路来控制脉冲的输出频率和脉冲的输出数，效力比较简单，而且灵活性也不够

21、，因为如果需要改变控制的方案的话，就必须要从头开始重新设计。2.4.2 基于PLC的控制作为新的一代工业上的控制器的PLC，由于它的多功能性，实用性，完整的硬件，编程简单，可靠性高，被广泛应用于自动控制系统在各个行业。因为PLC的扫描周期通常是几毫秒到几十毫秒，相应频率只可达几百赫兹，所以PLC工作方式的局限和它的扫描周期干扰，步进电机要想在高频的条件下进行工作是不可能的，高速控制也是没办法完成的。再加上速度偏高的时候，因为要受到扫描周期的干扰，在控制精度上很大程度的降低了。2.4.3 基于单片机的控制利用单片机来操控步进电机，就完成了软硬件结合的控制方式。因单片机的功能很大，因此还能够设计很

22、多外围的电路。此方案共有如下好处：(1)单片机软件编程能够让复杂的控制过程完成自动和精确控制，防止失步、振荡等影响；(2)采用软件取代环形分配器，经过设定单片机，采用同种电路完成多相步进电机的控制和驱动，很大程度抬高电路的灵活性9；综上，我们选择基于单片机的控制方案。2.5 步进电机驱动技术步进电机驱动技术一般可分为单电压驱动技术、单电压串电阻驱动技术、高低压驱动技术、斩波恒流驱动技术、升频升压驱动技术和细分驱动技术等。单电压驱动的优点是结构相对来说较简单、成本偏低；弊端就是串接电阻器会发生能量大批损耗，特别是在高频工作时，因此它只适合用在小功率或对机能指标要求低的步进电机驱动上。高低压驱动是

23、电机的工作频率是多少，在高电压电源导轨沿电流的斜率增加通过边境，和低电压用来保持在前面的绕组电流后，这是通过增加绕组电流注入增加的权力，而不是通过提高性能时恒转矩变频电路的改进。但使用的驱动电机，绕组电流波形的高端凹缝和低工作开始，电机的输出转矩下降。该驱动器在实际应用中仍然是比较常见的。为防止高低压电路中电流波形的下凹，提高输出的转矩，随后就研制出斩波电路，并且将这种技术运用在此电路上，使绕组的电流形成锯齿状在额定的电流值的上下浮动，也会适当地加多经过绕组的有效的电流，因此电机的输出转矩增大，并且不需要外接电阻，系统的功耗大大地下降，效率提高，所以恒流斩波电路大量应用在实际生活当中，本文是恒

24、流斩波技术实现传动控制中的应用。2.6 液晶显示简要介绍2.6.1 液晶显示的原理液晶的显示的原理其实就是使用液体物理性质，显示控制电压，功率的显示，可以显示图形。2.6.2 液晶显示器的分类液晶显示有许多的分类方法，一般可以按它的显示方式划分成段式液晶显示、字符式液晶显示、点阵式液晶显示等。2.6.2.1 1602LCD简单的介绍和说明点阵式的LCD是一种专门用在显现字母和数字以及符号等的字符型的液晶显示模块，如今一般都用16*1，16*2，20*2和40*2行等模块。通常的1602字符型液晶显示器的实物如下图27：图27 1602液晶显示器实物图2.6.2.2 1602LCD的基本参数及引

25、脚功能1602LCD有带背光和不带背光这两种形式，图28显示两个不同的维度如：图28 1602LCD的尺寸图（1）1602LCD的主要的技术参数分别如下：显示的容量为:16×2个字符芯片的工作电压为:4.55.5V正常运作电流:2.0mA(5.0V)模块的最佳的工作电压为:5.0V字符的尺寸为:2.95×4.35(W×H)mm（2）引脚的功能说明如下：标准的无背光的14脚和带背光的16脚是1602LCD选用的接口，每个引脚的接口由下表22所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示出偏压11D4数据4RS

26、数据/命令的选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表22 1602引脚接口2.7 超声波测距模块的方案设计此系统是由超声波发射电路、超声波接收电路、LCD显示电路和串口通信等电路和相应的软件部分构成的。单片机是整个体系的核心元件，它协调各部件的工作。测量开始的时候，触发发射电路的那个控制信号是由单片机发出来的，为的是使发其射电路能够起振，那么驱动的超声波发射器就能发出一串的超声波脉冲，同时单片机的计时器会启动，并且从现在计时。当这些脉冲的数量达到了被测目标的时候，那么随后产生反射，超声波接收器会因为有空

27、气的传播而接收到这些信号，与此同时，计时器停止计时，如此就可以得出从发射到接收时间间隔，然后考虑到盲区，单片机经过计算就可以得出到障碍物之间的距离10。第3章 超声波测距模块和随动系统模块的硬件设计3.1 单片机外围电路设计3.1.1 单片机设计方案比较超声波测距系统需要计算超声波的传播时间、传播距离、温度补偿、干扰的滤除、显示等数据处理工作，这些工作主要使用CPU来完成。单片机的选取有很多方案，比方AVR单片机、TI公司单片机、STC单片机、PIC单片机甚至是51系列单片机。所以我是在各种单片机外围电路的设计方案的比较：（1）AVR单片机AVR单片机是RISC精简指令集的高速8位单片机。它的

28、特征为：简易好懂，价格便宜，运作高速，低耗能，I/O口功能强,具有A/D转换等电路，具有功能很巨大的定时器/计数器和通讯接口11。（2）STC单片机STC公司出产的单片机，它基于8051内核，为增强型单片机，指令代码兼容传统的8051，速度比传统的8051快812倍，它自带ADC，4路PWM，双串口，有全球唯一ID号，加密性良好，抗干扰能力较强。（3）51系列单片机51系列单片机其实就是在同一片芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O等一台微机要求的基本功能元件。掌握起来比较简单，但是，AVR单片机内部集成的AD转换，更容易处理一些模拟量，这使得AVR单片机显著高于51

29、单片机的价值。总结以上的比较，AVR系列单片机是最符合本次实验目的的。所以，本次设计选定ATmega16单片机来进行。3.1.2 ATmega16单片机的特点ATmega16 AVR 内核拥有大量的指令集，并且有32 个通用的工作寄存器。ATmega16的特点为：16 k字节的系统内可编程Flash(同时有读和写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1 k字节存储器，32个通用I / O口线，32个通用寄存器，芯片上的振荡器可编程看门狗定时器，SPI串行端口，6能够经过软件抉择的节能模式。 ATmega16单片机引脚的排列如下图31：图31 ATmega16的引脚排列图3.2 超声波发射

30、电路设计超声波发射换能器TCT4016BT和超声波接收换能器TCT4016BR。命名规则：型号：TCT4016BT或（R）类型：TC表示压电陶瓷超声波传感器；T通用性；T发射/R接收外径：16代表16mm外壳材料：铝外壳颜色：银色具体参数：中心频率：40.0千赫±1.0 千赫输出电压: 115dB接收灵敏度：65dB静电容量：2000pF±20%指向角：80°工作温度: 20+70超声波接收/发射换能器实物如下图32：图32 超声波换能器的实物图超声波探头按照它的工作原理则能够分为压电式、磁致伸缩式、电磁式超声波探头等等，压电式最普遍通用。它的结构如下图33。图3

31、3 压电式超声波传感器超声波发射电路，是为让超声波发射换能器TCT4016BT向外界发出的40 千赫左右的方波脉冲信号而设计的电路。一般有两种方式能够生成大约40 kHz的方波脉冲信号：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，本系统使用的是单片机软件编程输出。发射电路如下图34。图34 超声波发射电路为更明确地了解超声波的发射波形相位之间的关系，所以故意在特定的拐角处对波形实施检测，如下图35，黄色波形（上面的波形）就是单片机P1.0口的波形，而蓝色波形（中间的波形）是6脚波形，粉色波形（下面的波形）是8脚波形。图35 相位关系图mc14069ub六变频器芯片直插封装，它的引脚排

32、列如下图36，逻辑电路图如下图37所示。图36 MC14069UB引脚分布图图37 MC14069UB逻辑电路图这些反向装置主要用于低功率或高抗干扰电路。为了减少每个逆变器的传输延迟是独立的。（1）工作特性：电源电压范围：3.0v18v在所有的输入端有三重的二极管保护可用CD4069UB替代3.3 超声波接收电路设计CX20106A使用的是单列8脚直插式，超小型的封装。+5V电源供电，它内部构造方框图如下图38所示：图38 CX20106A内部方框图接收部分的电路如下图39所示。图39 超声波接收电路3.4 ULN2003ULN为双列16脚封装的,NPN晶体管矩阵,最大的驱动电压为50V,电流

33、为500mA,输入的电压为5V,适合于TTL COMS,达林顿管构成驱动电路。ULN输出端允许通过的电流是200mA，耐压BVCEO 约为36V。使用集电极开路输出能够直接地驱动继电器或固体继电器。 ULN2003的基本功能： ULN2003的每对达灵顿都串联一个阻值是2.7 K的电阻，5 V的工作电压下能直接与TTL和CMOS电路相连接，能够直接处理原始需要标准逻辑缓冲器。ULN2003A引脚图如图310：图310 ULN2003A引脚图显示电路主要由LCD液晶显示器和高电压大电流驱动ULN2003构成。ULN2003为高电压大电流达林顿晶体管阵列电路，其拥有7个独立的反相驱动器，每个驱动器

34、的输出灌电流能够达到500 mA，导通时输出电压约为1 V，截止的时候输出的电压能够达到50 V。 3.5 28BYJ-48型步进电机当把某些连续的控制脉冲加在28BYJ48型步进电机上的时候，其能够不停地转动。每个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态就改变一次，也就对应转子转过某个角度（一个步距角）。当变化的通电状态完成一个周期的时候，转子就转过一个齿距。四相步进电机能够子在多种通电方式下工作，一般的通电方法有单（单相绕组通电）四拍（ABCDA。），双（双相绕组通电）四拍（ABBCCDDAAB。），八拍（AABBBCCCDDDAA。）。驱动方式如下表31：表31 驱动方式（412

35、相驱动）导线颜色123456785红+4橙-3黄-2粉-1蓝-红线需要接5V电源，橙色需要接P1.3口，黄色需要接P1.2口，粉色需要接P1.1口，蓝色电线需要接P1.0口。因为单片机接口信号较小，那么需经过ULN2003的放大然后连接到对应的电机接口，步进电机驱动如下图311所示，所得结果如表32所示：图311 步进电机驱动表32 记录结果 橙 A P1.3 黄B P1.2 粉C P1.1蓝D P1.0十六制（P1口） 10 000x0811 000x0c01 000x0401100x0600100x0200110x0300010x

36、0110010x09速度的计算公式为：运转的速度=脉冲的频率×60/步进电机的分割数/减速比64 步进电机的分割数=360/6.625 第4章 软件设计与系统调试4.1 软件程序及流程图4.1.1 主程序流程图首先初始化是第一步，并且将定时计数器调到16位定时的工作模式 ，把总中断置于允许位EA，同时将计数器清零，再调用超声波发生子程序输出一个超声波脉冲。延时0.1ms后外部中断0打开来接收回波信号。在24M晶振工作时，将计数器设定为最小计时间隔为0.5us，当标志位被成功置位后，主程序调用测距部分子程序，这样就能够算出被测物与测距器之间的距离，最后显示在LCD上，主程序的流程图如下

37、图41所示。图41 主程序的流程图4.1.2 发射程序与接收流程图本设计中PB2引脚先与推挽放大电路连接，然后再与超声波发射传感器连接起来，通过软件方式而生成的40 kHz方波将会由PB2引脚输出，但是回波就被INT0接收。每次T1定时器溢出后开始一次测距的过程，而T0后来计算脉冲发射以及接收的时间间隔。超声波接收的子程序必须先进行初始化如下图42中所示，之后发射超声波，并在输入的I/O口一直判断时候有触发信号，如果持续30ms没有触发信号产生的话，超声波重新发射；有触发信号的话就判断是否为回波，是的话读取定时器T0的时间然后计算出测量的距离为多少 。图42 接收子程序流程图4.1.3 距离计

38、算与显示子程序如图43通过超声波被发出的时间以及接收到触发信号的时间差计算出物体与超声波测距模块的距离长度。在单片机里面的T0定时器在开始传输时就开始计算时间，一直到超声波发射完毕并返回后的到一个时间的具体间隔。在接收触发信号的时候接收端会有一个下降沿，这是外部中断0就会触发并产生一个终端请求，程序会在中断中响应并运行外部终端函数计算出最终的结果。 图43 显示流程图4.2 系统调试依据原理图，在多用电路板上焊接元件作成实物电路，如下图44。每部分都可以清楚地看得到，左边是显示模块，右上角是超声波模块、右下角是步进电机。图44 基于超声波的随动系统实物图本系统采用短距离发射250s（10个40

39、kHz方波脉冲）发射脉冲宽度。接下来我们利用示波器对接收端信号进行测量，黄色部分为发射信号，蓝色部分为触发信号的波形。（1）超声波模块跟物体的距离超过一段距离时，触发信号如图 45所示：图45 回波示意图由下图可知，超声波测距模块接收不到信号当距离超过范围后。（2）距离较远，但不超过超声波模块范围时显示为35cm，波形如46：图46 回波示意图1从该图可以判断出超声波模块接收到了触发信号。（3）当物体距离较近时，显示为27cm的回波信号，如图47所示：图47 回波示意图2跟之前的波形图对比下，触发信号提前，表明检测时间缩短，模块与物体间的距离缩短。测试结果基本达到预期目的，与实际情况相符。35

40、结论学习的时间总感觉过得很快，通过几个月的努力，在老师的指导和同学们的帮助下，我最终较为圆满地完成了超声波模块和随动系统模块的设计与实现。毕业论文是本科学习阶段的很珍贵的理论与实践相结合的机会。经过这次对超声波测距模块和随动系统模块的设计，我认识到光靠课本知识，疏于动手时万万行不通的，我们不能以本为本，我们要把我们学到的理论知识通过动手实践运用到实际生活当中去。实践出真知，只有我们把自身投入到实践当中去，我们的对理论地理解才能得到升华，我们才能够深刻了解到我们哪里有不足之处，以方便我们可以改正，除此之外，只有我们养成动手参与实践的习惯，才能保证我们在今后的生活中少走弯路。这次的设计实践，让我深

41、刻体会到时间和理论结合的重要性。在这个理论与实践相结合的过程中，不单单能够提高我们的动手能力，其实我们的独立思考能力也相对地得到提升。总而言之，理论和实践的结合就是把在课本学到的理论知识运用到实践中去，然后再在实践中对理论总结和归纳。当然，实践和理论的结合是一项艰巨而又长期的任务，我们做事情的时候，要持之以恒地把握这条信念，这样才能把我们自己培养成一个具有实践能力和穿心能力的实用型人才。 本来设计之前就觉得毕业设计对我来说应该不会太难，毕竟在大三的时候，我们做过很多作品，但是当我真正实际操作起来，可能是因为半年的时间都没有做作品，觉得还是有些难度的。在电路的设计与焊接的过程中，也遇到过很多困难。有的是技术上的，有的是设计本身的，这就要求我们设计的时候必须非常地认真，还需要有耐心和毅力。其实，在人生路上我们怎可能躲避的了挫折和困难。但是挫折也会给我们带来积极的影响，带给我们正能量。他可以适时地消除我们的惰性，督促我们向更高的地方攀登。当然我