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超声波无线传输系统
摘要
：
<
/p>
超声波测距器可以应用于汽车的倒车、建筑施工以及一些工业现场的位置监控，也可用于<
/p>
如液位，井深、管道长度、物体厚度等的测量。其范围为
0.10~7.0m,
精度为
1cm
。测量时与
被测物体无接触，能够清新、稳定地显示测量结果。
本系统采用
STC
89C52
的为核心，
采用
C
语言对系统进行编程控制
.
< br>在本系统中，
我们
通过超声波模块对室内进行测量，通过
语音播报及报警和无限传输的形式获取数据给监测
台，而且可以全方位准确移动调控测量
，同时附加有时间及温度的查看。
关键词：测量、语音报警、全方位准确移动调控测量、无线传输
1.
原创
性声明
************************************
***********************
2
<
/p>
系统概述
*************************
**************************************
3.
系统方案
************************************************ *************
3. 1
系统方案论证
******
************************************************
3.
2
功能与指标
*********************
***********************************
3.
2. 1
开机画面
*******************
*********************************
3.
2. 2
功能菜单
*******************
*********************************
3. 3
实现原理
**********************************
************************
3. 4
硬件部分
**********************************************
************
3. 4. 1
硬件框图
******
***********************************************
3.
4. 2
外围电路硬件介绍
****************
*****************************
3. 4. 2. 1
温度传感器
***************************
****************
3. 4. 2. 2
超声波传感器
***************************************
**
3.
4. 2. 3
语音
ISD1700***********
********************************
3. 4. 2. 4
NRF24L01
无限
模块
******************************************
3. 5
软件流程
***********************************
***********************
4.
系统测试方案及分析
*******************
*******************************
4. 1
系统测试方案
*********************************
********************
4. 1. 1
气体传感器调试
***
*******************************************
4. 1. 1. 1
调试过程
*****************************************
******
4. 1. 1. 2
调试数据
****************************
*******************
4.
1. 1. 3
数据分析
****************
*******************************
4. 1. 1. 4
调试结论
**
*****************************************
4. 1. 2
温湿度传感器调试
***************************
*****************
4.
1. 2. 1
调试过程
****************
******************************
4. 1. 2. 2
调试数据
**
*********************************************
4. 1. 2. 3
数据分析<
/p>
****************************************
*******
4. 1. 2. 4
调试结论
****************************
***************
5. 1. 1 GPRS
短信模块调试
******************************************
5. 1. 3. 1
调试过程
*****************************
*****************
5. 1. 3. 2
数据分析
*****************************
*****************
5. 1. 3. 3
调试结论
***
****************************************
4. 2
测试设备
*********
***********************************************
5.
总
体功能与特色
*********************************
********************
6.
结论及尚存问题
************************
*****************************
7.
致谢
**************************
*************************************
8.
参考文献
************************
***********************************
9.
附录
**************************
*************************************
1
原创性声明
2.
系统概述
超声波是指频率高于
20KHz
的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和
接
收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，
习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器
，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作
用。
超
声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，
即在发射超声波的时候，<
/p>
将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法
TOF
（
time of flight
）
。首先测出
超声波从发射到遇
到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与
障碍物之间的距离
测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用
于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为
340
米
/
秒，由单片机负
责计时，单片机使用
12.0M
晶振，所以此系统的测量精度
理论上可以达到毫米级。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的
测量。
利用超声波检测距离，设计比较方便，
计算处理也较简单，
并且在测量精度方面也能
达到要求。
2
系统方案
3.1
系统方案论证
3. 1. 1
显示部分
方案
1
：
用数码管可以显示简单数字数据，
而且价格比液晶便宜得多，但数码不能显示汉字
而且显示少。
方案
2
：用
LCD 1602
液晶显示：
LCD1
602
液晶是最常用的液晶显示屏，能够实现汉字
及一些字符的
显示，
价格便宜，
操作简单，但其不能实现图形的显示，
并且只能同时显示两
行内容。
方案
3
：用
LCD
12864
液晶显示：
LCD
12864
液晶可显示汉字及图形，当然还可以显
示字符。
LCD 12864
内有中文字形库，
方便实现汉字的输入，
并且其支持图形的输入及显示，
能同时显示四行内容。
本系统
中，
我们设置了开机画面，并且要求显示的内容较多，
LCD
12864
能够满足我们的需求。但价格相对较贵。
为满足不同用户选
取不同的显示效果，本系统通过精心制作，可以供用户自由选取不
同的显示。
3. 1. 2
语音播报
方案
1
：用
ISD1420
语音芯片：
ISD14
20
语音芯片可实现
20
秒录放音功能
，
所需要的
外围元件少，电路简单，操
作方便。但其稳定性不太好，音质一般。
方案
2
：用
ISD1700
语音芯片：
ISD1700
< br>语音芯片可实现
60
秒的录放音功能，另外还
有快进、擦除、音量控制等功能。电路简单，功能强大。最主要的是，其播报音质好，稳定
性好。
综
上所述，我们采用方案
2
做为我们的语音播报芯片。用其实现温
湿度，气体浓度，
及报警提示等功能。
3. 1.3
无限传输的实现
方案
1
：
利用
GSM
的
SMS
功能，对采集点定时采集数据和确定当时的信息情况，采
用
ARM2440
核心来处理，该处理器处理速度高
，但是价格较贵，而且焊接困难。
方案
2
< br>：
利用
NRF24L01
无限传
输功能，
NRF24L01
比
GSM<
/p>
模块价格也便宜，
对采集
点定时采集数据
和确定当时的信息情况，采用
51
单片机来处理发送的数据，由
于处理的数
据不多，并且不需要多任务处理，所以当数据量少时采用
51
单片机有优势
.
综上所述：我们采用方案
2
中的
51
单片机来处理检测点数据，通过
NRF24L01
模块发
送到监测台中。
3. 2
功能与指标
3. 2. 1
开机画面
本系统设置了开机画面，当我们开启系统时，首先在
LCD12864
< br>液晶屏上显示的是我们
的开机画面，开机画面如下：
开机画面的设置中标注我们三位组员名字的简写，在一定程序
上起到了保护知识产权的作
用，更重要的是，开机画面能够增加系统的美观性，给人一种
舒适的感觉，另外，开机画面
在一定程度上体现了系统的完整性。
3. 2. 2
菜单功能
3. 3
实现原理
3. 4
外围电路硬件介绍
3. 4. 1
硬件框图
3.
4. 2
外围电路硬件介绍
3. 4. 2. 2
、超声波模块
性能稳定
,
测度距离精确
:
1
、
能和国
外的
SRF05,SRF02
等超声波测距模块相媲美。模块高
精度，盲区（
2cm
）超
近
,
稳定的测距是此产品成功走向市场的有力根据！
2
、主要技术参数：
1)
使用电压：
DC5V
2)
静态电流：小于
2mA
3)
电平输出：高
5V
4)
电平输出：底
0V
5)
感应角度：不大于
15
度
6)
探测距离：
2cm-450cm
7)
高精度：可达
0.3cm
3.
接线方式
:
VCC
、
t
rig
（控制端）
、
echo
（接收端）
、
GND
4.
使用方法：
一个控制口发一个
10US
以上的高电平<
/p>
,
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
~~
5.
模块工作原理：
(1)
采
用
IO
触发测距，给至少
10us
的高电平信号
;
(2)
模块自动发送
8
个
40khz
的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)
有信号返回，
通过
IO
输出一高电平，
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<
/p>
*
声速
(340M/S))/2;
3.
4. 2. 3
语音
ISD1700
ISD1700
系列录放芯片是一
种高集成度，高性能的芯片。它可以多段录音，采样率可
在
4K
至
12K
间调节，
供电范围可以在
2.4V
至
5.5V
之间。
ISD1700
系列录放芯片
可工作于
独立按键模式和
SPI
控制
模式。
芯片内有存储管理系统来管理多段语音，
这样在独立按键
模
式下也能进行多段语音录放。
此芯片内有振荡器，
可通过外部电阻来调节其振荡频率；
还有
带自动增益控制（
AGC
）的话筒运放，模拟
线路输入，抗锯齿滤波器，多级存储阵列，平
滑滤波器，音量控制，直接驱动喇叭的
PWM
输出与接外部功放的电流
/
电压输出。其应用
电路如下：
在本系统中，我们使用
ISD1700
语音
芯片报警及实时播报当前室内温湿度及气体的浓度
值。
ISD<
/p>
语音芯片具有实时录音功能，当发现录音的效果不太好的时候，我们可以按下擦除
键，擦除当前的录音，直到满意为止，
ISD
语
音芯片为录音准备了存储地址，当要播报某一
录音的时候，
我们
只要让指针指向该录音的首地址即可。
其中，
芯片的存储地址从
第一个提
示间地址
0X0000
开始计
算，但是
0X0000-0X000F
地址平均留给了
4
个提示音，从
0X0010
< br>开始，
才是录音区的真正的存储地址，
即真正的录音区。
其中，
每
10
秒钟的录音长度占用了
80
个存
储地址
，即每一秒钟占用
8
个存储地址，在调节其录音地址时，我们可
以采用先粗调，再微
调的方法，即先确定某一录音的录音长度，大概确定其首地址的位置
，再通过微调首地址，
让语音芯片能完整播报整个录音为止。
3. 4. 2. 4
无线检测模块
在本设计系统中，
我们使用无线多点
检测模块配合主控模块实现对室内污染气体的全方
位检测，各检测点信号通过无线传送到
放置在控制中心的控制器，形成一个气体监测网络，
控制器可以显示每个监测点的数据，
报警和联动控制，并通过外接报警器，增加告警范围；
控制器通过双向通信可对各监测点
探测器进行设置。
这大大提高了系统的工作效率，
更重要
的是，
通过多点检测室内污染气体，
最大程度
上满足了用户的需求，
让用户的健康得到更全
面的保障。
我们使用
NRF24L01
作为我们的无线通信芯片。
NRF24L01
是
NORDIC
公司最近生产的
一款无线通信
通信芯片，
采用
FSK
调制，
内部集成
NORDIC
自己的
Enhanced Short Burst
协
议。可以实现点对点或是
1
对
6
的无线通信。无线通信速度可以
达到
2M
（
bps
）。下图是
NRF24L01
的功能框图。