孫正鳳++范軍

摘要：本文介紹了一種基于STC89C52的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)做主控MCU，連接超聲波模塊HC-SR04、語(yǔ)音模塊WT588D和液晶顯示模塊LCD1602構(gòu)成，能夠在LCD上顯示測(cè)距距離，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，在超出預(yù)設(shè)距離范圍時(shí)能夠報(bào)警。經(jīng)實(shí)物驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)具有硬件結(jié)構(gòu)合理、語(yǔ)音播報(bào)正常、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 超聲波測(cè)距 語(yǔ)音提示 WT588D

中圖分類(lèi)號(hào)：TN912.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲波是指頻率超過(guò)20KHz的聲波，在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且超聲波的速度相對(duì)于光速要小很多，它的傳播時(shí)間容易檢測(cè)，強(qiáng)度也易于控制。因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量。

2 超聲波測(cè)距的工作原理

本文采用渡越時(shí)間檢測(cè)法（時(shí)間差距檢測(cè)法）來(lái)測(cè)量距離。超聲波探頭向外發(fā)射超聲波，遇到障礙物阻攔就會(huì)反射回來(lái)。超聲波從發(fā)射開(kāi)始計(jì)時(shí)到接受到反射波停止計(jì)時(shí)，記錄總時(shí)間T，則障礙物與探頭之間的距離為：s=vT/2。其中v為超聲波在空氣中傳播的速度。

考慮到超聲波傳播速度與環(huán)境溫度的關(guān)系，即：，其中=331.5m/s為0℃時(shí)的聲速[2]；表示溫度，單位是℃。因此超聲波測(cè)量距離可以修正為：

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，連接超聲波發(fā)射和接收電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路等部分構(gòu)成，超聲波模塊用來(lái)發(fā)射和接收超聲波，所需時(shí)間由單片機(jī)定時(shí)器記錄，并通過(guò)溫度傳感器測(cè)量當(dāng)時(shí)溫度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在1602液晶顯示屏上顯示結(jié)果，同時(shí)語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，通過(guò)按鍵設(shè)定最短距離，當(dāng)測(cè)量的距離小于設(shè)定的距離，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。

3.1 STC89C52最小系統(tǒng)

3.2 超聲波發(fā)射和接收電路

超聲波發(fā)射和接收電路采用HC-SR04超聲波模塊，其主要參數(shù)[4]如下：（1）典型工作用電壓：5V；（2）超小靜態(tài)工作電流：小于2mA； （3）感應(yīng)角度：不大于15度；（4）探測(cè)距離：2cm～450cm；（5）精度：可達(dá) 0.2cm。

該模塊有四個(gè)端口，如圖3所示。其工作原理是：（1）給脈沖觸發(fā)引腳Trig端輸入最少為10μs的高電平信號(hào)；（2）輸入高電平信號(hào)后，波模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，在發(fā)送方波后再進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)有沒(méi)有信號(hào)返回；（3）如果檢測(cè)到有信號(hào)返回時(shí)，則通過(guò)Echo端口輸出一個(gè)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，然后就可以計(jì)算出距離。

3.3 語(yǔ)音播報(bào)電路

該電路采用的是WTW-16P模塊，如圖4所示。該模塊內(nèi)部采用WT588D-20SS語(yǔ)音芯片作為核心控制電路，包含了SPI-FLASH、復(fù)位電路、震蕩電路等外圍電路。WT588D是一款可重復(fù)擦除燒寫(xiě)的語(yǔ)音單片機(jī)芯片，配套WT588D VoiceChip上位機(jī)操作軟件可隨意更換任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可[5]。

本設(shè)計(jì)采用三線串口控制模式，通過(guò)片選CS（P02）、數(shù)據(jù)DATA（P01）、時(shí)鐘CLK（P03）三個(gè)串口可以對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行控制，不需要采用按鍵，支持PWM音頻輸出，直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

3.4 液晶顯示電路

液晶顯示電路采用LCD1602，3腳V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，在3腳外接一個(gè)電阻并且與地相接是用來(lái)調(diào)節(jié)液晶的亮度，4腳為RS寄存器選擇，高電平時(shí)是數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)是選擇指令寄存器。5腳讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)是讀操作，低電平時(shí)是寫(xiě)操作，6腳使能端，當(dāng)使能端從高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

3.5 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該傳感器支持“一線總線”接口方式。測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。單片機(jī)通過(guò)一個(gè)I/O口（P2.5）與DS18B20連接，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的雙向通訊[6]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、顯示子程序、語(yǔ)音播報(bào)子程序等部分組成。

4.1 主程序流程圖

主程序首先是系統(tǒng)初始化，并且啟動(dòng)溫度檢測(cè)，超聲波模塊在上電后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)反射回來(lái)，接收到回波后，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算，在液晶上顯示出距離并且開(kāi)始語(yǔ)音播報(bào)。當(dāng)測(cè)出的距離超出了設(shè)定范圍，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，并進(jìn)行報(bào)警。

4.2 中斷程序設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用了外部中斷0檢測(cè)是否有超聲波回波。一旦有接收到超聲波回波信號(hào)，就會(huì)立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后，計(jì)時(shí)器T1停止計(jì)時(shí)，并計(jì)算測(cè)量的距離。

4.3 語(yǔ)音播報(bào)子程序

語(yǔ)音模塊子程序，直接從單片機(jī)發(fā)地址數(shù)據(jù)觸發(fā)語(yǔ)音進(jìn)入播報(bào)狀態(tài)，當(dāng)超聲波開(kāi)始測(cè)距后，語(yǔ)音模塊開(kāi)始工作，并通過(guò)BUSY端口設(shè)置，開(kāi)始實(shí)時(shí)播報(bào)，當(dāng)距離超過(guò)設(shè)置的范圍就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路。

該模塊需要通過(guò)這種芯片專(zhuān)有的上位機(jī)進(jìn)行下載語(yǔ)音，通過(guò)程序編寫(xiě)，用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用單片機(jī)芯片STC89C52設(shè)計(jì)的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀，將測(cè)量結(jié)果用LCD液晶顯示，用WT558D語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)，采用HC-SR04超聲波模塊和DS18B20溫度補(bǔ)償電路，提高了測(cè)量精度，并具有超限報(bào)警功能。本語(yǔ)音測(cè)距儀經(jīng)仿真和實(shí)物驗(yàn)證，操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高、具有較好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳超，戴亞文.基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高曉蓉等.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（7）：126-129.

[3]陳貴銀.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超聲波測(cè)距模塊說(shuō)明書(shū)[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]廣州創(chuàng)唯電子有限公司.WT558D語(yǔ)音芯片/模塊使用電路[M].廣州：廣州創(chuàng)唯電子有限公司，2010.

[6]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2010（4）：68-70.

摘要：本文介紹了一種基于STC89C52的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)做主控MCU，連接超聲波模塊HC-SR04、語(yǔ)音模塊WT588D和液晶顯示模塊LCD1602構(gòu)成，能夠在LCD上顯示測(cè)距距離，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，在超出預(yù)設(shè)距離范圍時(shí)能夠報(bào)警。經(jīng)實(shí)物驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)具有硬件結(jié)構(gòu)合理、語(yǔ)音播報(bào)正常、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 超聲波測(cè)距 語(yǔ)音提示 WT588D

中圖分類(lèi)號(hào)：TN912.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲波是指頻率超過(guò)20KHz的聲波，在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且超聲波的速度相對(duì)于光速要小很多，它的傳播時(shí)間容易檢測(cè)，強(qiáng)度也易于控制。因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量。

2 超聲波測(cè)距的工作原理

本文采用渡越時(shí)間檢測(cè)法（時(shí)間差距檢測(cè)法）來(lái)測(cè)量距離。超聲波探頭向外發(fā)射超聲波，遇到障礙物阻攔就會(huì)反射回來(lái)。超聲波從發(fā)射開(kāi)始計(jì)時(shí)到接受到反射波停止計(jì)時(shí)，記錄總時(shí)間T，則障礙物與探頭之間的距離為：s=vT/2。其中v為超聲波在空氣中傳播的速度。

考慮到超聲波傳播速度與環(huán)境溫度的關(guān)系，即：，其中=331.5m/s為0℃時(shí)的聲速[2]；表示溫度，單位是℃。因此超聲波測(cè)量距離可以修正為：

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，連接超聲波發(fā)射和接收電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路等部分構(gòu)成，超聲波模塊用來(lái)發(fā)射和接收超聲波，所需時(shí)間由單片機(jī)定時(shí)器記錄，并通過(guò)溫度傳感器測(cè)量當(dāng)時(shí)溫度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在1602液晶顯示屏上顯示結(jié)果，同時(shí)語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，通過(guò)按鍵設(shè)定最短距離，當(dāng)測(cè)量的距離小于設(shè)定的距離，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。

3.1 STC89C52最小系統(tǒng)

3.2 超聲波發(fā)射和接收電路

超聲波發(fā)射和接收電路采用HC-SR04超聲波模塊，其主要參數(shù)[4]如下：（1）典型工作用電壓：5V；（2）超小靜態(tài)工作電流：小于2mA； （3）感應(yīng)角度：不大于15度；（4）探測(cè)距離：2cm～450cm；（5）精度：可達(dá) 0.2cm。

該模塊有四個(gè)端口，如圖3所示。其工作原理是：（1）給脈沖觸發(fā)引腳Trig端輸入最少為10μs的高電平信號(hào)；（2）輸入高電平信號(hào)后，波模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，在發(fā)送方波后再進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)有沒(méi)有信號(hào)返回；（3）如果檢測(cè)到有信號(hào)返回時(shí)，則通過(guò)Echo端口輸出一個(gè)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，然后就可以計(jì)算出距離。

3.3 語(yǔ)音播報(bào)電路

該電路采用的是WTW-16P模塊，如圖4所示。該模塊內(nèi)部采用WT588D-20SS語(yǔ)音芯片作為核心控制電路，包含了SPI-FLASH、復(fù)位電路、震蕩電路等外圍電路。WT588D是一款可重復(fù)擦除燒寫(xiě)的語(yǔ)音單片機(jī)芯片，配套WT588D VoiceChip上位機(jī)操作軟件可隨意更換任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可[5]。

本設(shè)計(jì)采用三線串口控制模式，通過(guò)片選CS（P02）、數(shù)據(jù)DATA（P01）、時(shí)鐘CLK（P03）三個(gè)串口可以對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行控制，不需要采用按鍵，支持PWM音頻輸出，直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

3.4 液晶顯示電路

液晶顯示電路采用LCD1602，3腳V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，在3腳外接一個(gè)電阻并且與地相接是用來(lái)調(diào)節(jié)液晶的亮度，4腳為RS寄存器選擇，高電平時(shí)是數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)是選擇指令寄存器。5腳讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)是讀操作，低電平時(shí)是寫(xiě)操作，6腳使能端，當(dāng)使能端從高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

3.5 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該傳感器支持“一線總線”接口方式。測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。單片機(jī)通過(guò)一個(gè)I/O口（P2.5）與DS18B20連接，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的雙向通訊[6]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、顯示子程序、語(yǔ)音播報(bào)子程序等部分組成。

4.1 主程序流程圖

主程序首先是系統(tǒng)初始化，并且啟動(dòng)溫度檢測(cè)，超聲波模塊在上電后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)反射回來(lái)，接收到回波后，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算，在液晶上顯示出距離并且開(kāi)始語(yǔ)音播報(bào)。當(dāng)測(cè)出的距離超出了設(shè)定范圍，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，并進(jìn)行報(bào)警。

4.2 中斷程序設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用了外部中斷0檢測(cè)是否有超聲波回波。一旦有接收到超聲波回波信號(hào)，就會(huì)立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后，計(jì)時(shí)器T1停止計(jì)時(shí)，并計(jì)算測(cè)量的距離。

4.3 語(yǔ)音播報(bào)子程序

語(yǔ)音模塊子程序，直接從單片機(jī)發(fā)地址數(shù)據(jù)觸發(fā)語(yǔ)音進(jìn)入播報(bào)狀態(tài)，當(dāng)超聲波開(kāi)始測(cè)距后，語(yǔ)音模塊開(kāi)始工作，并通過(guò)BUSY端口設(shè)置，開(kāi)始實(shí)時(shí)播報(bào)，當(dāng)距離超過(guò)設(shè)置的范圍就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路。

該模塊需要通過(guò)這種芯片專(zhuān)有的上位機(jī)進(jìn)行下載語(yǔ)音，通過(guò)程序編寫(xiě)，用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用單片機(jī)芯片STC89C52設(shè)計(jì)的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀，將測(cè)量結(jié)果用LCD液晶顯示，用WT558D語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)，采用HC-SR04超聲波模塊和DS18B20溫度補(bǔ)償電路，提高了測(cè)量精度，并具有超限報(bào)警功能。本語(yǔ)音測(cè)距儀經(jīng)仿真和實(shí)物驗(yàn)證，操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高、具有較好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳超，戴亞文.基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高曉蓉等.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（7）：126-129.

[3]陳貴銀.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超聲波測(cè)距模塊說(shuō)明書(shū)[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]廣州創(chuàng)唯電子有限公司.WT558D語(yǔ)音芯片/模塊使用電路[M].廣州：廣州創(chuàng)唯電子有限公司，2010.

[6]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2010（4）：68-70.

摘要：本文介紹了一種基于STC89C52的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)做主控MCU，連接超聲波模塊HC-SR04、語(yǔ)音模塊WT588D和液晶顯示模塊LCD1602構(gòu)成，能夠在LCD上顯示測(cè)距距離，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，在超出預(yù)設(shè)距離范圍時(shí)能夠報(bào)警。經(jīng)實(shí)物驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)具有硬件結(jié)構(gòu)合理、語(yǔ)音播報(bào)正常、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 超聲波測(cè)距 語(yǔ)音提示 WT588D

中圖分類(lèi)號(hào)：TN912.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）07-0018-02

1 引言

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。超聲波是指頻率超過(guò)20KHz的聲波，在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，具有良好的束射性和方向性[1]。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且超聲波的速度相對(duì)于光速要小很多，它的傳播時(shí)間容易檢測(cè)，強(qiáng)度也易于控制。因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車(chē)提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等的距離測(cè)量。

2 超聲波測(cè)距的工作原理

本文采用渡越時(shí)間檢測(cè)法（時(shí)間差距檢測(cè)法）來(lái)測(cè)量距離。超聲波探頭向外發(fā)射超聲波，遇到障礙物阻攔就會(huì)反射回來(lái)。超聲波從發(fā)射開(kāi)始計(jì)時(shí)到接受到反射波停止計(jì)時(shí)，記錄總時(shí)間T，則障礙物與探頭之間的距離為：s=vT/2。其中v為超聲波在空氣中傳播的速度。

考慮到超聲波傳播速度與環(huán)境溫度的關(guān)系，即：，其中=331.5m/s為0℃時(shí)的聲速[2]；表示溫度，單位是℃。因此超聲波測(cè)量距離可以修正為：

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，連接超聲波發(fā)射和接收電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音播報(bào)電路等部分構(gòu)成，超聲波模塊用來(lái)發(fā)射和接收超聲波，所需時(shí)間由單片機(jī)定時(shí)器記錄，并通過(guò)溫度傳感器測(cè)量當(dāng)時(shí)溫度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在1602液晶顯示屏上顯示結(jié)果，同時(shí)語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)，通過(guò)按鍵設(shè)定最短距離，當(dāng)測(cè)量的距離小于設(shè)定的距離，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。

3.1 STC89C52最小系統(tǒng)

3.2 超聲波發(fā)射和接收電路

超聲波發(fā)射和接收電路采用HC-SR04超聲波模塊，其主要參數(shù)[4]如下：（1）典型工作用電壓：5V；（2）超小靜態(tài)工作電流：小于2mA； （3）感應(yīng)角度：不大于15度；（4）探測(cè)距離：2cm～450cm；（5）精度：可達(dá) 0.2cm。

該模塊有四個(gè)端口，如圖3所示。其工作原理是：（1）給脈沖觸發(fā)引腳Trig端輸入最少為10μs的高電平信號(hào)；（2）輸入高電平信號(hào)后，波模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40kHz的方波，在發(fā)送方波后再進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)有沒(méi)有信號(hào)返回；（3）如果檢測(cè)到有信號(hào)返回時(shí)，則通過(guò)Echo端口輸出一個(gè)高電平，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，然后就可以計(jì)算出距離。

3.3 語(yǔ)音播報(bào)電路

該電路采用的是WTW-16P模塊，如圖4所示。該模塊內(nèi)部采用WT588D-20SS語(yǔ)音芯片作為核心控制電路，包含了SPI-FLASH、復(fù)位電路、震蕩電路等外圍電路。WT588D是一款可重復(fù)擦除燒寫(xiě)的語(yǔ)音單片機(jī)芯片，配套WT588D VoiceChip上位機(jī)操作軟件可隨意更換任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可[5]。

本設(shè)計(jì)采用三線串口控制模式，通過(guò)片選CS（P02）、數(shù)據(jù)DATA（P01）、時(shí)鐘CLK（P03）三個(gè)串口可以對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行控制，不需要采用按鍵，支持PWM音頻輸出，直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。

3.4 液晶顯示電路

液晶顯示電路采用LCD1602，3腳V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，在3腳外接一個(gè)電阻并且與地相接是用來(lái)調(diào)節(jié)液晶的亮度，4腳為RS寄存器選擇，高電平時(shí)是數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)是選擇指令寄存器。5腳讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)是讀操作，低電平時(shí)是寫(xiě)操作，6腳使能端，當(dāng)使能端從高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

3.5 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該傳感器支持“一線總線”接口方式。測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。單片機(jī)通過(guò)一個(gè)I/O口（P2.5）與DS18B20連接，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的雙向通訊[6]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷子程序、顯示子程序、語(yǔ)音播報(bào)子程序等部分組成。

4.1 主程序流程圖

主程序首先是系統(tǒng)初始化，并且啟動(dòng)溫度檢測(cè)，超聲波模塊在上電后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波遇到障礙物時(shí)就會(huì)反射回來(lái)，接收到回波后，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算，在液晶上顯示出距離并且開(kāi)始語(yǔ)音播報(bào)。當(dāng)測(cè)出的距離超出了設(shè)定范圍，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，并進(jìn)行報(bào)警。

4.2 中斷程序設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距系統(tǒng)采用了外部中斷0檢測(cè)是否有超聲波回波。一旦有接收到超聲波回波信號(hào)，就會(huì)立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后，計(jì)時(shí)器T1停止計(jì)時(shí)，并計(jì)算測(cè)量的距離。

4.3 語(yǔ)音播報(bào)子程序

語(yǔ)音模塊子程序，直接從單片機(jī)發(fā)地址數(shù)據(jù)觸發(fā)語(yǔ)音進(jìn)入播報(bào)狀態(tài)，當(dāng)超聲波開(kāi)始測(cè)距后，語(yǔ)音模塊開(kāi)始工作，并通過(guò)BUSY端口設(shè)置，開(kāi)始實(shí)時(shí)播報(bào)，當(dāng)距離超過(guò)設(shè)置的范圍就會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路。

該模塊需要通過(guò)這種芯片專(zhuān)有的上位機(jī)進(jìn)行下載語(yǔ)音，通過(guò)程序編寫(xiě)，用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音實(shí)時(shí)播報(bào)的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用單片機(jī)芯片STC89C52設(shè)計(jì)的超聲波語(yǔ)音測(cè)距儀，將測(cè)量結(jié)果用LCD液晶顯示，用WT558D語(yǔ)音模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)，采用HC-SR04超聲波模塊和DS18B20溫度補(bǔ)償電路，提高了測(cè)量精度，并具有超限報(bào)警功能。本語(yǔ)音測(cè)距儀經(jīng)仿真和實(shí)物驗(yàn)證，操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高、具有較好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]吳超，戴亞文.基于AT89S52單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19（5）：65-68.

[2]沈燕，高曉蓉等.基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（7）：126-129.

[3]陳貴銀.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]深圳市捷深科技有限公司.HC-SR04超聲波測(cè)距模塊說(shuō)明書(shū)[M].深圳：深圳市捷深科技有限公司，2010.

[5]廣州創(chuàng)唯電子有限公司.WT558D語(yǔ)音芯片/模塊使用電路[M].廣州：廣州創(chuàng)唯電子有限公司，2010.

[6]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2010（4）：68-70.