Ｉ 一竣 廑 …………………………一 超声波智能测距系统设计与实现 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 青海民族大学物理与电子信息工程学院黄Ｈｕａｎｇ Ｋｕｎ，Ｘｕ Ｓｈｕａｉ。Ｍａ Ｓｈ￣ｅｉ．Ｚｈａｎｇ ｌｉｎｆｅｉ 坤许帅 马仕磊张凌飞 （Ｃｏｎｅｇｅ ｏｆｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｑｉｎｇｈａｉ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｘｉｎｉｎｇ，８１０００７） 【摘要】基于传统的方式在测距方面的缺陷以及不完善，本论文主要对高精度超声波测距仪的原理，单片机的应用等进行了分析；在原来的基础上对其测量精度做了大幅 改进；并对系统进行误差分析。 【关键词】超声波测距；高精度；误差分析 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ￣ａｉｆｄｉｏｎａｌｗａｙｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅ ｒａｎｇｅ ａｓｐｅｃｔ ａｎｄ ｎｏｔｐｅｒｆｅｃｔ，ｔｈｅｍａｉｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｒａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐ￣ｃａｆｉｏｎ ｏｆＳＣＭ ａｔｅａｎａｌｙｚｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｏｌ３．ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ；ａｎｄ ｈｅ ｔｓｙｓｔｅｍ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ２．２基本工作原理 时间。测试距离＝（高电平时间（３４０ｍ／Ｓ））／２ 通过单片机驱动程序在Ｐ１．２口产生４０ＫＨＺ 如图２所示 智能测距系统目前在国内有一定的研究水 的方波经调解电路驱动超声波发射探头发生， ４．软件设计 平，多用于汽车工业以及智能机器人的导航系 遇到障碍物经反射由Ｐ１．１口超声波接收探头接 ４．１流程图 统和相关领域。它们所产生的超声波的频率、 收；经单片机内部定时电路计算时间，从而 功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相 导出障碍物距离探头的距离由接在ＰＯ端口的 同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 ＬＣＤ１２８６４显示；距离闽值分为０一ｌｍ．１ｍ一１．５ｍ； 超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且 １．５ｍ以上三段不同频率报警。 在介质中传播的距离较远，因而经常用于距离 的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物 位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地 以及一些工业现场等，例如：距离、液位、井 深、管道长度、流速等场合。利用超声波检测 往往比较迅速、方便，且计算简单、易于做到 实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用 的要求，因此得到了广泛的应用国内这一类的 测距技术较为完善，但是这类系统外围电路相 对复杂，显示部分不够形象，而且精度不高， 大部分停留在厘米级别。 １．２系统的功能、性能要求 本设计“高精度超声波智能测距系统”能 够实现２ｃｍ－４ｍ范围内的精确测量功能，精度可 图３程序流程图 达０．１ｍｍ，ＬＣＤ液晶屏汉字显示功能，以及距离 图２传感器电路’ 分段报警功能。实物体积小、功耗低、便于嵌 ４．２程序执行过程 入到其他系统，具有一定的使用价值。 ３．硬件设计 （１）单片机初始化； ２．系统结构 超声波传感电路： （２）检测有无回波； ２．ｉ系统结构框图 （１）采用ＩＯ触发测距，提供至少ｌＯｕｓ的高 （３）定时初始化； 电平信号； （４）发送超声波； （２）模块自动发送８个４０ｋＨｚ的方波，自动 （５）关闭外部中断，读取时间，计算距离； （６）判断是否超过阈值，是否报警。 检测是否有信号返回； （３）有信号返回，通过ＩＯ输出一高电平， 循环执行程序。 图１系统结构框图 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的 ５．调试 表１测量结果及误差分析 实验的主要误差来源于系统误差，包括对 真值确定时的系统误差、人为操作不规范而引 ｌｃｍ ３．４５ｃｍ ２４５，ＯＯＯ％ ３．４５ａｍ ２４５＋Ｏ００％ ３．４５ｅｍ ２４５．０００９６ 起的误差以及环境干扰而引起的不可避免的误 ２ｃｍ ２．９３ｃｍ ４６．５００％ ３．０４ｃｍ ５２．ＯＯＯ％ ２．８２ｃｍ ４１．０ＯＯ％ ３ｃｍ ３．０４ｃｍ １．３３３％ ２．９７ｃｍ Ｌ ０Ｏ０％ ３．Ｏ８ｃｍ ２．６６７％ 差等。 ４ｃｍ ４．０９ｃｍ ２．２５０％ ４．０９ｃｍ ２．２５０％ ４．０５ｃｍ １．２５０％ 本次设计采用的是ＨＣ—ＳＲ０４超声波传感探 ５ｃｍ ５．０３ｃｍ ０．６００％ ４．９ｌｃｍ ｉ．８００％ ４．９５ｃｍ １．０００％ 头，对其测距性能的范围要求为４ｃｍ一４ｍ，故实 ６ｃｍ ５．９６ｃｍ ０．６６７％ ５．９６ｃｍ ０．６６７％ ５．９６ｃｍ ０．６６７％ ７ｃｍ ７．０１ｃｍ ０．１３４％ ６．９７ｃｍ ０．４２９％ ６．９３ｃｍ １．０００９６ 验是选取的测量距离是在其有效地测量范围内 ８ｃｍ ７．９ｌｃｍ ０．１００％ ８．Ｏ２ｃｍ ０．２５０％ ８．Ｏ２ｃｍ ０．２５ｏ９６ 的数据测量 ９ｃｍ ８．９５ｃｍ ０．５６０％ ８．８８ｃｍ ｌ＿３３３％ ８．８０ｃｍ ２．２２ｏ９６ １Ｏｃｍ ９．９２ｃｍ ０．８Ｏ０％ ９．８１ｃｍ ０．１９０％ １０．０７ｃｍ ０．７０ｏ９６ 就超声波探头的有限范围内的相对误差分 １．引言 １．１国内外发展的概况 ［三亘三三：卜一｝１ 卜 … 卜固 匝三兰三互）－－，ｌ－ 一 Ｌ－ 一，｛＝ ２Ｏｃｍ ３Ｏｃｍ ４Ｏｃｍ ５０ｃｍ ６０ｃｍ ７Ｏｃｍ ８０ｃｍ ９０ｃｍ ｌＯＯｃｍ ｌｌＯｃｍ １２０ｃｍ １３０ｃｍ １４０ｃｍ １５０ｃｍ １６０ｃｍ １８０ｃｍ ２００ｅｍ ２０．１３ｃｍ ２９．９０ｃｍ ４０．３３ｃｍ ５０．３５ｃｍ ６０．４５ｃｍ ７０．５５ｃｍ ８Ｏ．７６ｃｍ ９０．８６ｃｍ １００．３２ｃｍ ｌ０９．８９ｃｍ ｌ２０．们ａｍ １２９．９４ｃｍ ｌ４Ｏ．３４ｃｍ １４９．９９ｃｍ １６０．５３ｃｍ １８０．５８ｃｍ ２０１．Ｉｌｃｍ ０．６５０％ ０．３３０％ ０．８３Ｏ％ ０．７０Ｏ％ ０．７５０％ Ｏ．７８０％ ０．９５０％ ０．９５ｏ％ ０．３２０％ ０．１００％ ０．３３０％ ０．０５０％ ０．２４０９６ ０．００７％ Ｏ．０３Ｏ％ ０．７２５％ ０．５５０９６ １９．８７ｃｍ ２９．７８ｃｍ ３９．７３ｃｍ ４９．６４ｃｍ ６０．３０ｃｍ ６９．９１ｃｍ ７９．５６ｃｍ ９０．０７ｃｍ ｌＯ０．２ｃｍ ｌ１０．０８ｃｍ １２０．５５ｃｍ １２９．７２ｃｍ １４０．４９ｃｍ １５０．６２ｃｍ １５９．６７ｃｍ １８０．４７ｃｍ ２００．４４ｃｍ ０．６５０％ ０．７６７％ ０．６７５％ ０．７２０％ ０．５００％ ０．１１４％ ０．５５ｏ％ ０．Ｏ７８％ Ｏ．２０ｏ９６ ０．０７３％ ０．４５８％ ０．２ｌ５％ ０．３５ｏ％ ０．４１３％ Ｏ．２Ｏ６％ ０．２６１％ ０．２２０％ Ｉ９．８４ｃｍ ３０．２７ｃｍ ４０．２２ｃｍ ５Ｏ．１７ｃｍ ６０．０Ｏｃｍ ６９．８８ｃｍ ８０．０９ｃｍ ９０．１９ｃｍ １００．２７ｃｍ ｌ０９．７５ｃｍ ｌ２０．２５ｃｍ １３０．０２ａｍ ｌ４０．ｉ５ｃｍ ｌ５０．０３ｃｍ １５９．９０ｃｍ １８０．４７ｃｍ ２００．２２ｃｍ ０．８０Ｏ％ ０．ｇ００％ Ｏ．５５０％ ０．３４Ｏ％ ０．００ｏ％ Ｏ．１７１％ ０．１１３％ ０．２ｌ１％ ０．２７０％ ０．２２７％ ０．２０８％。 ０．０１５％ ０．１０７％ ０．０２Ｏ％ ０．０６３％ ０．２６１％ ０．１１０％ 析在０－２．６６７％的范围内，测量精度高，实现了 ０．１姗的小距离测量。 ６。结论 本设计采用ＬＣＤＩ２８６４￣够做到实时显示； 与传统的测距电路设计比较，本次设计优化了 电路结构，使电路结构更加简单，并且采用的 元器件价格便宜，所有功能均能实现，其在原 有测距范围４ｃｍ－４ｍ的基础上，提高了测量的精 度，可达到０．１ｍ的小距离测量，而且效果得到 明显的改善。系统功耗明显降低，因此性价比 相对较高。测量结果及误差分析如表１所示。 一１２８一电子世鼻 …………………………．鳗鼓廑 ． Ｉ 基于Ｃｏｒｔｅｘ—ＭＯ的ＤＭＸ５１ ２调光设备设计 广东工程职业技术学院机电工程系 李南安 广州市新舞台灯光设备有限公司 朱文彬 【摘要】为了满足日益发展的舞台灯光要求，本文提出了一种基于Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ０为基础￣ＤｌＶｉＸ５１２协议调光设备的设计，并对硬件系统和软件系统进行了说明。 【关键词】Ｃｏｒｔｅｘ，Ｍ０；ＤＭＸ５１２；ＮＵＣ１００ １．引言 ＤＭＸ５１２协议是美国剧场技术协会（Ｕｎｉｔｅｄ— Ｓｔａｔｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒＴｈｅａｔｅｒＴｅｃｈｎＯｌＯｇｙ， ＵＳＩＴＴ）制定的数字多路复用协议，其制定的初 衷是为了使舞台、剧场等地所使用的众多的调 光器和控制器能相互兼容。虽然它不是一个 行业或国家标准，但是由于它的简单性和实用 性，自从出台以来，得到了世界各地生产商和 使用者普遍承认。在国内也有越来越多的生产 厂家在生产或关注采用ＤＭＸ５１２协议的数字调光 设备。 本文设计了一种基于Ｃｏｒｔｅｘ－ＭＯ单片机的 ＤＭＸ５ｌ２调光设备，能接入２路ＤＭＸ信号，并进行 合并进行调光，并根据内部ＡＤ进行硅路温度， 电压和电流进行检测，然后报告给控台。 ２．０，０ｒｔｅｘ－￣） ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—ａｏ１处理器是现有的最小、能 耗最低和能效最高的ＡＲＭ处理器。该处理器硅 面积极小、能耗极低并且所需的代码量极少， 而且是一款３２位的ＲＩＳＣ处理器，ｌ６位的Ｔｈｕｍｂ 指令集，代码密度高。高度优化的功耗与面积 使其更适于低成本，低功耗的场合，中断现场 的自动保护使得它在进入与退出中断时的软件 开销降到最低同时具有确定的指令执行时间能 保证每条指令执行的时间总是相同的，从而能 达到一种实时控制。作为ＡＲＭ公司的最低端产 品，同样拥有高性价比，稳定可靠的特性，由 此选用此款芯片并应用ＡＲＭ公司的ＭＤＫ集成开发 工具，可提高开发效率，缩短开发周期。 ３．系统硬件设计 本ＤＭＸ５１２调光设各是以ＮＵＣＩＯ０（Ｃｏｒｔｅｘ－ＭＯ） 为控制核心。整个系统的硬件部分包括ＤＭＸＳ１２ 信号接入模块，ＭＣＵ，相位检测模块，调光输 出模块，温度，电压及电流检测模块，通信模 块、显示模块等。整个ＤＭＪ（５１２调光设备框图如 过ＮＵＣＩＯ０自带的ＡＤ通道进行采样。相位检测模 ４．３调光控￥ＯＰＷＭ输出处理模块 块通过ＬＭ２５８比较器正确检测到交流电的过零 ＰＷＭ输出处理模块根据ＤＭＸ５１２数据，输出 点。调光输出输出模块将ＮＵＣＩＯ０输出ＰＷＭ信号 周期为ｌＯｍｓ的ＰｗＭ信号。 来控制硅块以达到控制灯光强弱。通信模块能 够通过串口，将实时检测的温度和电流大小报 告给控制台，而且控制台能够通过该接口对设 备的进行设置。整个设备的硬件框图如下： ４．系统软件设计 启动ｌ０嘲址 ５妇蟮蕞时嚣 软件部分采用程序模块化设计，便于各 个功能的调试和实现。系统软件程序主要主 图５ 调光输出流程图 程序，Ｄｍｘ５１２信号处理，调光控￥１ＪＰＷＭ输出处 理，通信处理，显示处理等５个模块组成。 ４．４通信处理处理模块 ４．１主程序模块 通信处理处理模块处理控台来的信号，进 主程序模块采用循环查询直至断电退出， 行设备的初始化，配置，调试工作。 以达到控制灯光亮度的目的。主程序流程如图 ４．５显示处理处理模块 ３所示。 显示处理处理模块负责显示设备使用 ＤＭＸ５１２信号的开始地址显示。 ５．结束语 本文设计了一种基于Ｃｏｒｔｅｘ－ＭＯ的ＤＭＸ５１２ 调光设备，以４８５串口通信技术为基础，并从 应用角度出发，给出了ＤＭ）【５１２调光调节的硬， 软件设计。实际应用证明。该设备操作方便， 运行良好，功能稳定，可靠。 参考文献 【１】王威，王少轩．基于Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ０的半导冷温度控制 系统设计卟中国仪器仪表，２０１１（０３）：５１．５４． 【２］刘政，袁国良，王丽芳．基于Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ０的室内温控系统 的设计Ⅱ】坤国科技信 ￣，２＇０１１（０８）：１６５．１６６． 【３】王威，樊韩波，王少轩．基于ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ．Ｍ０的徽波功率 控制技术研究Ⅱ】．机电工程技术２０１１（０５）：６７．６８＋９２＋１２５． 图３主程序流程图 王建佳，王科，杨志勇．基于Ｃｏｒｔｅｘ．ＭＯ的无线高精度温 湿度智能传感器咖．气象水文海洋仪器，２０１１（０４）：６９ ７３． 【５】倪晓明，田雨聪．基于Ｃｏｒｍｘ．Ｍ０单片机的带式输送安 全保护系统设计Ⅱ】．中国矿业，２０１２（￥１）：６０１．６０３． 【６］徐明，黄义，滕哲．基于ＡＲＭＣｏｒｔｅｘ－Ｍ０的可燃气体无线 检测系统Ⅱ】．舰船电子工程，２０１３（０２）：１３２．１３４． 朱诚，陈亮．基于Ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ０微处理嚣的靶位识别装置 设计Ⅱ】．山西科技。２０１３（０５）：８４・８６． 【８］韩振雷，齐立森．ＤＭＸ５１２灯光控制协议的传输特性及 应用要点分析田．灯与照明’２ＯＯ９（０１）：４４．４６＋５３． ４．２ Ｄｍｘ５１２信号处理模块 Ｄｍｘ５１２信号处理模块接收外部来的ｄｍｘ５１２ 信号，接收到了ｂｒｅａｋ信号后，开始接收数 据，收到下一个ｂｒｅａｋ信号，一帧ｄｍｘ５１２数据 接收完成。 图１系统框图 罢 图４ Ｄｍｘ５１ ２数据接收流程图 作者简介： 黄坤（１９９２一），男，硕士研究生，现就读于青海民 族大学物理与电子信患工程学院，研究方向：通信工 【９】黄以华，廖世文，刘燕林，蔡如海．基于Ｄ１￣５１２协议的 ＬＥＤ灯具控制系统田．照明工程学报２ｏ０９（ｏ４）：４８．５３． 【ｌＯ］黄海．基于ＤＭＸ５１２协议的智能照明调光系统研究 武汉科技大学，２０１１． 【１１］．基于ＤＭＸ５１２协议的８通道舞台电脑灯控制系统设 计Ⅱ）］．广东工业大学，２００６． ．作者简介： 图２硬件框图 ＤＭＸ５１２信号的本质就是ＲＳ４８５信号，因此 通过ＮＵＣＩＯ０自带的串口并加４８５芯片来接入就 能满足要求。温度、电流检测模块通过外围 电流将温度和电流转换为对应的电压信号通 参考文献 李南安，男，福建上杭人，硕士， 工程师，研究方 向：嵌入武系统、工业控制、通信技术。 朱文彬，男，广东阳江人，大学本科，研究方向：调 光设备硬件。 程。 【１】袁东．５１单片机应用开发实战手册 ．电子工业出版社． 阁沙河．电子线路ＣＡＤ实用教程［ＭＩ． 张凌飞，毕业于西安电子科技大学，青海民族大学物 理与电子信息工程学院讲师。 电子世再一１２９一
