基于arm超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計及上位機串口通訊

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文詳細介紹了一種基于ARM處理器LPC2368的超聲測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以空氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用發(fā)射超聲波與反射回波時間差來測量待測距離。本系統(tǒng)包括上位機監(jiān)控軟件和下位機嵌入式測量系統(tǒng)兩部分。</p><p>　　超聲測距系統(tǒng)的設(shè)計原理以達到更優(yōu)的系統(tǒng)性能為目的。為適合不同的速率變化的

2、運動物體的距離，嵌入式系統(tǒng)設(shè)置了正常測距和快速測距兩種顯示模塊，即對于變化快的物體，采用快速測量模式；對于變化慢的物體，采用正常測量模式。</p><p>　　論文概述了超聲波的一些特性，介紹了超聲波測距的基本原理，對于影響測距系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論以及對嵌入式系統(tǒng)ARM和開發(fā)環(huán)境做了簡單介紹。并且在介紹超聲測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計，包括嵌入式系統(tǒng)測距功能、系統(tǒng)設(shè)置功能、顯示功能和串口通信

3、的方案設(shè)計以及監(jiān)控界面遠程監(jiān)控、遠程修改和數(shù)據(jù)存取等功能的設(shè)計。</p><p>　　最后對整個系統(tǒng)進行驗證。實驗表明，監(jiān)控軟件和嵌入式系統(tǒng)的各項功能均達到設(shè)計要求。最后文中分析了系統(tǒng)設(shè)計的不足及如何對系統(tǒng)進行完善提出了一些改進建議。</p><p>　　關(guān)鍵詞:超聲傳感器，超聲測距系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)ARM，PC機串口通信 </p><p><b>　　Ab

4、stract</b></p><p>　　This essay presents an ultrasonic ranging system based on the ARM processor LPC2368. This system uses 

5、;ultrasonic echo and reflection of the time difference to measure the distance with the definite condition of the propagation 

6、;velocity of ultrasonic spreading in the air. It includes two parts: one is PC monitoring software; the other is a machi

7、ne embedded under measuring system.</p><p>　　The design principle of the ultrasonic ranging system sets an aim of optimizing

8、60;the performance of this system. In order to be suited to the different moving objects with different rates, the embedded&#

9、160;system sets two display module of normal ranging and tachometric ranging, that is adopting the mode of tachometric raging 

10、;in terms of objects whose rate changing faster; while adopting the mode of normal raging in terms of objects whose rate

11、 changing slower.</p><p>　　This essay summarizes some features of ultrasonic, introduces the basic principle of ultrasonic ranging,&

12、#160;analyses some main parameters affecting the ranging system, and gives a brief introduction of the embedded system ARM and

13、0;the development environment. On the base of the introduction of the function of the ultrasonic ranging system, it also puts

14、 forward the design of the whole system. That includes the ranging function of the embedded system, the setup function, 

15、the display function, the seri</p><p>　　Key words: ultrasonic sensor, ultrasonic ranging system, embedded system ARM, PC serial 

16、;communication</p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2超聲測距發(fā)展概況1</p><p>　　1.3本課題研究內(nèi)容及任務(wù)3</p><p>　　第二章 設(shè)計基礎(chǔ)4</p><

17、p><b>　　2.1超聲概述4</b></p><p>　　2.1.1超聲波及其波形4</p><p>　　2.1.2反射與折射4</p><p>　　2.1.3聲波的衰減6</p><p>　　2.2超聲波測距原理6</p><p>　　2.3超聲波測距主要參數(shù)考慮7<

18、/p><p>　　2.3.1傳感器的指向角7</p><p>　　2.3.2測距儀的工作頻率7</p><p>　　2.3.3溫度對聲速的影響8</p><p>　　2.4RealView MDK軟件介紹9</p><p>　　2.5嵌入式微處理器介紹9</p><p>　　第三章 系統(tǒng)總

19、體設(shè)計11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3.2上位機的功能11</p><p>　　3.3下位機的功能12</p><p>　　3.4 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計13</p><p>　　3.4.1 串行通信基本概念13</p><p>　　3.4.2

20、 串行通信協(xié)議13</p><p>　　3.4.3系統(tǒng)通信設(shè)計14</p><p>　　第四章 下位機系統(tǒng)的具體實現(xiàn)15</p><p>　　4.1下位機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)15</p><p>　　4.1.1下位機系統(tǒng)的組成15</p><p>　　4.1.2 下位機系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成16</p>

21、<p>　　4.2下位機測距功能的實現(xiàn)16</p><p>　　4.2.1超聲波測距模塊的時序圖16</p><p>　　4.2.2測距功能的設(shè)計17</p><p>　　4.3下位機設(shè)置功能的實現(xiàn)18</p><p>　　4.3.1下位機設(shè)置功能的顯示結(jié)構(gòu)18</p><p>　　4.3.2下

22、位機鍵盤輸入的設(shè)計19</p><p>　　4.3.3報警設(shè)置、頻率設(shè)置和序號設(shè)置功能的實現(xiàn)20</p><p>　　4.3.4校準設(shè)置功能的實現(xiàn)21</p><p>　　4.4下位機顯示功能的實現(xiàn)22</p><p>　　4.4.1 KM12232B 液晶模塊管腳說明22</p><p>　　4.4.2下位

23、機顯示功能的程序結(jié)構(gòu)23</p><p>　　4.5下位機通信功能的實現(xiàn)23</p><p>　　4.5.1下位機通信程序的結(jié)構(gòu)23</p><p>　　4.5.2下位機對不同指令的操作24</p><p>　　4.6下位機系統(tǒng)性能測試25</p><p>　　4.6.1測距性能測試25</p>

24、<p>　　4.6.2系統(tǒng)設(shè)置功能的測試25</p><p>　　4.6.3 同步時鐘的測試29</p><p>　　第五章 上位機系統(tǒng)的具體實現(xiàn)30</p><p>　　5.1上位機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)30</p><p>　　5.1.1上位機系統(tǒng)的組成30</p><p>　　5.1.2上位機顯示

25、主界面30</p><p>　　5.1.3實時監(jiān)控曲線界面31</p><p>　　5.1.4數(shù)據(jù)查看界面32</p><p>　　5.2上位機通信功能的實現(xiàn)33</p><p>　　5.2.1MSComm控件屬性33</p><p>　　5.2.2上位機的通信設(shè)計33</p><p&g

26、t;　　5.2.3上位機的通信實現(xiàn)33</p><p>　　5.3上位機數(shù)據(jù)的存儲與讀取34</p><p>　　5.3.1上位機數(shù)據(jù)的存取34</p><p>　　5.3.2上位機的數(shù)據(jù)讀取設(shè)計35</p><p>　　5.3.3上位機的數(shù)據(jù)儲存設(shè)計35</p><p>　　5.4上位機系統(tǒng)性能測試36&

27、lt;/p><p>　　5.4.1上位機指令測試36</p><p>　　5.4.2上位機報警測試37</p><p>　　5.4.3上位機存取測試38</p><p>　　第六章 結(jié)論39</p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><

28、b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和工業(yè)機器人的不斷發(fā)展，超聲波檢測技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其中超聲波測距是一種可定向發(fā)射、指向性好、利用微電子技術(shù)實現(xiàn)的

29、非接觸式測距方式。 目前，非接觸式測距常采用超聲波、激光和雷達。但激光和雷達測距儀造價偏高，不利于廣泛的普及應(yīng)用，在某些應(yīng)用領(lǐng)域有其局限性，相比之下，超聲波方法具有明顯突出的優(yōu)點:</p><p>　　1. 超聲波對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強、有毒等惡劣環(huán)境中。</p><p>　　2. 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、費用低、信息處理簡單可靠，易于小型化與

30、集成化，并且可以進行實時控制。</p><p>　　3. 超聲波的傳播速度僅為光波的百萬分之一，并且指向性強，能量消耗緩慢，因此可以直接測量較近目標的距離。</p><p>　　4. 超聲波對色彩、光照度不敏感，可適用于識別透明、半透明及漫反射差的物體(如玻璃、拋光體)。 </p><p>　　目前，對于超聲波精確測距的需求也越來越大，如油庫和水箱液面的精確測

31、量和控制，物體內(nèi)氣孔大小的檢測和機械內(nèi)部損傷的檢測等。在機械制造，電子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。此外，在材料科學(xué)，醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)等領(lǐng)域中也占具重要地位。</p><p>　　1.2超聲測距發(fā)展概況</p><p>　　超聲檢測主要是利用超聲波作為載體，即通過超聲在媒質(zhì)中的傳播、散射、吸收、波形轉(zhuǎn)換等，提取反映媒質(zhì)本身特性或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，達到檢測媒質(zhì)性質(zhì)、物

32、體形狀或幾何尺寸、內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)的目的[1]。我國無損檢測技術(shù)是從無到有，從低級階段逐漸發(fā)展到應(yīng)用普及的現(xiàn)階段水平。超聲波檢測儀器的研制生產(chǎn)，也大致按此規(guī)律發(fā)展變化。五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。如英國的UCT-2超聲波檢測儀，重達24Kg，各單位積極開展試驗研究工作，在一些工程檢測中取得了較好的效果。五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進行仿制生產(chǎn)。隨后，上海同濟大學(xué)研制出CTS-

33、10型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20Kg，該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。但當(dāng)時這種儀器只有個別科研單位使用，建工部門使用不多。直至七十年代中期，因無損檢測技術(shù)仍處于試驗階段，未推廣普及，所以儀器沒有多大發(fā)展，仍使用電子管式的UCT-2，CTS-10型儀器。</p><p>　　1976年，國家建委科技司主持召開全國建筑工程檢測技術(shù)交流會后，國家建委將混凝土無損檢測技術(shù)列為重點攻關(guān)項目，組織全國6個單位協(xié)

34、作攻關(guān)。從此，無損檢測技術(shù)開始進入有計劃，有目的的研究階段。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術(shù)的推廣普及。如羅馬尼亞N2701型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數(shù)碼顯示，儀器重量10Kg。七十年代，英國C.N.S公司推出僅有 3.5Kg重的PUNDIT便攜式超聲儀。</p><p>　　1978年10月，中國建筑科學(xué)院研制出JC-2型便攜式超聲波檢測儀。該

35、儀器采用TTL線路，數(shù)碼顯示，儀器重量為5Kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應(yīng)用無損檢測技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會帶來較大的測試誤差。進一步要求以后生產(chǎn)的超聲儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測

36、，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功[2]。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的2000A型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機打印。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單.，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進行后處理及有關(guān)程序的開發(fā)。與國

37、內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計上有重大突破和創(chuàng)新，達到了國際先進水平。</p><p>　　目前，計算機市場價格大幅度下降，采用非一體化超聲波檢測儀器，計算機可發(fā)揮它一機多用的各種功能，實際上是最大的節(jié)約。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨的超聲儀，計算機可充分發(fā)揮各自特點。高智能化檢測儀器只能滿足檢測條件，使用環(huán)境，重復(fù)性測試內(nèi)容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。儀器設(shè)計也應(yīng)從實際情

38、況出發(fā)，才能滿足用戶的要求。綜上所述，我國超聲波儀器的研制與生產(chǎn)，有較大發(fā)展，有的型號已超過國外同類儀器水平。</p><p>　　1.3本課題研究內(nèi)容及任務(wù)</p><p>　　超聲波檢測技術(shù)是以超聲波作為采集信息的手段，能在不損壞和不接觸被測量對象的情況下探測對象。距離是在不同的場合和控制中需要檢測的一個參數(shù)，超聲波測距是一種很有效的測量方法，有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹一套能夠?qū)Χ鄠€液位

39、進行測量的超聲波系統(tǒng)。主要工作內(nèi)容包括以下幾點：</p><p>　　開發(fā)一套具有遠程監(jiān)控和遠程修改功能的上位機軟件。</p><p>　　要求上位機軟件具備數(shù)據(jù)存取、曲線繪制等功能。</p><p>　　開發(fā)出基于ARM7處理器LPC2368的超聲測距下位機系統(tǒng)。</p><p>　　要求該嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)能實現(xiàn)正常模式和快速模塊兩種方式下的

40、測量，并完成同步時鐘的顯示。</p><p>　　要求該嵌入式系統(tǒng)具備報警設(shè)置、周期設(shè)置、校準設(shè)置和序號設(shè)置等功能。</p><p>　　要求該嵌入式系統(tǒng)完成能與上位機完成串口通信，可向上位機發(fā)送測量數(shù)據(jù)并接受上位機的指令。 </p><p><b>　　第二章 設(shè)計基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　2

41、.1超聲概述</b></p><p>　　2.1.1超聲波及其波形</p><p>　　我們生活的世界充滿了各種可聽的聲信號。在科學(xué)史上，人們很久以前對聲音信號就有了認識，聲學(xué)是最早發(fā)展的學(xué)科之一。我國兩千多年前的先秦時期，在樂律和樂器的研究方面，對聲學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻。在國外，19世紀，聲學(xué)已成為具有現(xiàn)代意義的科學(xué)并發(fā)展到相當(dāng)高的水平。然而由于超聲是人耳聽不到的信號，直

42、到18世紀，人們在研究蝙蝠、海豚等動物時，才推測自然界中存在超聲。</p><p>　　物理學(xué)上把每秒鐘振動的次數(shù)定義為頻率，它的單位是赫茲(Hz)。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20Hz～20000Hz。當(dāng)聲波的振動頻率小于20Hz或大于20KHz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為超聲波，或稱超聲。聲波的速度越高，越與光學(xué)的某些特性如發(fā)射定律、折射定律相似[3]。由于聲源在介質(zhì)中施

43、力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同，聲波的波形也不同。一般有以下幾種:</p><p><b>　　1.縱波</b></p><p>　　質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波，稱為縱波。它能在固體、液體和氣體中傳播。</p><p><b>　　2.橫波</b></p><p>　　質(zhì)點的振動方向與傳播方向相

44、垂直的波，稱為橫波。它只能在固體中傳播。</p><p><b>　　3.表面波</b></p><p>　　質(zhì)點的振動介于縱波和橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S著深度的增加而迅速地衰減，稱為表面波。表面波只在固體地表面?zhèn)鞑ァ?lt;/p><p>　　2.1.2反射與折射</p><p>　　超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、

45、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律沒有本質(zhì)上的區(qū)別。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，在兩介質(zhì)的分界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)的波稱為反射波;另一部分則透過分界面，在另一介質(zhì)能繼續(xù)傳播</p><p>　　的波稱為折射波，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 超聲波反射與折射圖</p><p>　　其反射與折射滿足如下規(guī)律:</p>&l

46、t;p><b>　　1.反射定律</b></p><p>　　入射角a的正弦與反射角a’的正弦之比，等于波束之比。當(dāng)入射波和反射波的波形一樣時，波速一樣，入射角a即等于反射角a’。</p><p><b>　　2.折射定律</b></p><p>　　入射角a的正弦與折射角β的正弦之比，等于入射波中介質(zhì)的波速v1與折

47、射波中介質(zhì)的波速v2之比，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　3.反射系數(shù)</b></p><p>　　當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，因為兩種介質(zhì)的密度不同和聲速在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會產(chǎn)生反射和折射，反射聲強Ir與入射聲強 之比，稱為反射系數(shù)，反射系數(shù)R的大

48、小為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中: 為反射聲強;， 為入射聲強; 為第一介質(zhì)的聲阻抗: 為第二介質(zhì)的聲阻抗。</p><p>　　在聲波垂直入射時， ，上式可化簡為</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>

49、　　若聲波從水中傳播到空氣，在常溫下它們的聲阻抗約為 , ,，代入上式則得 。這說明當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的情況下，由于兩種介質(zhì)的聲阻抗相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。</p><p>　　2.1.3聲波的衰減</p><p>　　聲波在介質(zhì)中傳播時會被吸收而衰減，氣體吸收最強而衰減最大，液體其次，固體吸收最小而衰減最小，因此對于給定強度的聲波，在氣體中傳播的距離會明顯比在液體

50、和固體中傳播的距離短。另外聲波在介質(zhì)中傳播時衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時的衰減更明顯。</p><p>　　衰減的大小用衰減系數(shù) 表示，其單位為dB/m，通常用 dB/mm表示。在一般探測頻率上，材料的衰減系數(shù)在一到幾百之間，如水及其他衰減材料 為 dB/mm。假如 為 1dB/mm，則聲波穿透1mm距離時，衰減為10%;穿透20mm距離時，衰減為90%

51、。</p><p>　　2.2超聲波測距原理</p><p>　　由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在測量距離領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。超聲測距方法有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測距最為常用，它主要基于超聲測距回波信號的識

52、別，多采用模擬方法，用電路來實現(xiàn)。</p><p>　　圖2-2超聲測距原理圖</p><p>　　如圖2-2所示，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測物，經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間，己知超聲波聲速V的前提下，利用:</p><p>　　S=VT （2-4）<

53、/p><p>　　即可計算得傳感器與反射點之間的距離S，測量距離</p><p>　　d= （2-5）</p><p>　　當(dāng)S>>h時，則d≈S，即:</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　2.3超聲波測距主要參數(shù)考慮&

54、lt;/p><p>　　2.3.1傳感器的指向角</p><p>　　傳感器的指向角是聲束半功率點的夾角，是影響測距的一個重要技術(shù)參數(shù)，記為，它直接影響測量的分辨率。對圓片傳感器來說，它的大小與工作波長λ，傳感器半徑r有關(guān)[4]。由</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　選 時，。當(dāng)?0選定后，

55、指向角近似與傳感器</p><p>　　半徑成反比。指向角愈小，空間分辨率愈高，則要求傳感器半徑r愈大。</p><p>　　鑒于目前電子市場的壓電傳感片規(guī)格有限，為降低成本，在不降低空間分辨率的條件下，選用國產(chǎn)現(xiàn)有壓電傳感器片最大半徑r=6.3mm，故</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　

56、　2.3.2測距儀的工作頻率</p><p>　　空氣中超聲波的衰減系數(shù)為:</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　所以，空氣中超聲波的衰減對頻率很敏感，要求合理選擇超聲波頻率，一般在40KHz左右，太高頻率的超聲波在空氣中是無法傳播開去的[5]。</p><p>　　傳感器的工作頻率是測距

57、系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴散和吸收損失，障礙物反射損失，背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。</p><p>　　工作頻率的確定主要基于以下幾點考慮:</p><p>　　1.如果測距的能力要求很大，聲波傳播損失就相對增加，由于介質(zhì)對聲波的吸收與聲波頻率的平方成正比，為減小聲波的傳播損失，就必須降低工作頻率。</p><p>　　2.工作頻率越高，對相同

58、尺寸的還能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準，而且波長短，尺寸分辨率高，“細節(jié)”容易辨識清楚，因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。</p><p>　　3.從傳感器設(shè)計角度看，工作頻率越低，傳感器尺寸就越大，制造和安裝就越困難。</p><p>　　綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大，因而選擇測距儀工作頻率在40KHz。這樣傳感器方向性尖銳，且避

59、開了噪聲，提高了信噪比，雖然傳播損失相對低頻有所增加，但不會給發(fā)射和接收帶來困難。</p><p>　　2.3.3溫度對聲速的影響</p><p>　　由2.2可知，聲速的大小線性的決定了測距系統(tǒng)的測量精度?？諝庵袀鞑サ某暡ㄊ怯蓹C械振動產(chǎn)生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份

60、的影響，即:</p><p>　　Cs= （2-10）</p><p>　　式中:Cs為超聲波聲速;B為氣體的彈性模量;為氣體的密度。</p><p>　　氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得:</p><p><b>　　（2-11）</b></p><p&

61、gt;　　式中:為定壓熱容與定容熱容的比值，空氣為1.40;P為氣體的壓強。而氣體的壓強公式為:</p><p>　　P= （2-12）</p><p>　　式中:R為普適常量8.134kg/mol;T為氣體溫度K(絕對溫度);M為氣體分子量;空氣為28.8kg/mol所以:</p><p>　　Cs=

62、 （2-13）</p><p>　　由上式可知，溫度對超聲波在空氣中的傳播速度有明顯的影響。其變化公式為：</p><p>　　Cs=20.067(m/s) （2-14）</p><p>　　式中:T為氣體溫度K(絕對溫度)。由于該測距系統(tǒng)用于室內(nèi)測量，且量程也不大，溫度可以看作定值。在常溫20℃下，聲音在空氣中的傳播速度可

63、依據(jù)上式計算出為344m/s。但當(dāng)需要精確確定超聲波傳播速度時，必須考慮溫度的影響。</p><p>　　2.4RealView MDK軟件介紹</p><p>　　在中國的單片機開發(fā)者中，Keil Software公司推出的Keil uVision系列軟件是最為經(jīng)典的單片機軟件集成開發(fā)環(huán)境。ARM公司收購Keil公司后，在最大程度保持uVision軟件的風(fēng)格基礎(chǔ)上推出了ARM RealV

64、iew MDK平臺[6]。ARM RealView MDK開發(fā)平臺主要具有如下特點：</p><p>　　采用Keil uVision3的開發(fā)環(huán)境和界面，給單片機用戶的升級帶來極大的方便。</p><p>　　具有windows風(fēng)格的可視化操作界面，界面友好，使用極為方便。</p><p>　　支持匯編語言，C51語言以及混合編程等多種方式的單片機設(shè)計。</p

65、><p>　　集成了非常全面的ARM處理器的支持，能夠完成ARM7、ARM9以及ARM cortex-M3等處理器的程序設(shè)計和仿真。</p><p>　　集成了豐富的庫函數(shù)，以及完善的編譯連接工具。</p><p>　　提供了并口、串口、A/D、D/A、定時器/計數(shù)器及中斷等資源的硬件仿真能力，能夠幫組用戶模擬時間硬件的執(zhí)行效果。</p><p>

66、;　　可以與多款外部仿真器聯(lián)合使用，提供強大的在線仿真調(diào)試能力。</p><p>　　內(nèi)嵌RTX-51 Tiny和RTX-51 FULL內(nèi)核，提供了簡單而強大的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持。</p><p>　　在開發(fā)界面中支持多個項目的程序設(shè)計。</p><p>　　支持多級代碼優(yōu)化，最大限度地幫助用戶精簡代碼體積。</p><p>　　由于K

67、eil uVision具有最為廣泛的用戶群，因此相應(yīng)的代碼資源非常豐富，讀者可以輕松地找到各類編程資源以加速學(xué)習(xí)和開發(fā)過程。</p><p>　　2.5嵌入式微處理器介紹</p><p>　　LPC2368是一款基于ARM的微控制器，適用于為了各種目的而需要進行串行通信的應(yīng)用[7]。ARM7TDMI-S處理器，可在高達72MHz的工作頻率下運行，并擁有高達512kB的片內(nèi)Flash程序存儲

68、器，具有在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP）功能。單個Flash扇區(qū)或整個芯片擦除的時間為400ms，256字節(jié)編程的時間為1ms。Flash程序存儲器在ARM局部總線上，可以進行高性能的CPU訪問。 </p><p><b>　　1.定時器</b></p><p>　　LPC2368處理器擁有4個32位的定時器/計數(shù)器。每個定時器帶有一個可編程的32位預(yù)分頻器

69、，在連續(xù)工作情況下，可在匹配時可選擇產(chǎn)生中斷。在匹配時，可選擇產(chǎn)生中斷停止定時器運行和復(fù)位定時器。此外，每個定時器包含4路32位的捕獲通道，可以在輸入信號變化時捕捉定時器的瞬時值，產(chǎn)生中斷。</p><p><b>　　2.RTC時鐘</b></p><p>　　LPC2368處理器自帶的實時時鐘可用來對日期及時分秒計時、記錄等。其計數(shù)時鐘可以通過對Fpclk進行分頻

70、得到，它的基準時鐘分頻器允許調(diào)節(jié)任何頻率高于65.536kHz的外設(shè)時鐘源，并產(chǎn)生一個32.768kHz的基準時鐘（每秒計數(shù)總數(shù)是32768）。</p><p><b>　　3．通用I/O口</b></p><p>　　LPC2368處理器擁有70個的通用I/O管腳，主要用于驅(qū)動LCD顯示模塊、控制片外器件和檢測數(shù)字信號。</p><p>　　

71、4.UART 通信接口模塊</p><p>　　LPC2368處理器有四個UART模塊。四個模塊的功能基本相同，只是UART1可以作為一個完整的Modem接口。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　系統(tǒng)由上位機與下位機構(gòu)成，通過通信網(wǎng)絡(luò)進行

72、數(shù)據(jù)交換。首先由上位機以廣播通訊方式發(fā)送消息，然后由下位機根據(jù)本機的序號（地址）對消息進行處理。若消息與本機地址匹配，則回復(fù)收到信息并進行相應(yīng)處理，實現(xiàn)點對點通信；若消息與本機地址不匹配則不對其處理。上位機發(fā)送的消息后未收到由上位機發(fā)送的回復(fù)則由上位機提示重發(fā)信息。如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.2上位機的功能<

73、/b></p><p>　　本系統(tǒng)的上位機軟件由Visual C++6.0開發(fā)軟件編寫，具有良好的可視效果，功能包括遠程監(jiān)控、遠程修改、測距報警、操作歷史記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄等。如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 上位機功能構(gòu)成圖</p><p>　　數(shù)據(jù)收發(fā)：由上位機可向下位機發(fā)送同步和修改指令。同步指令主要用于上位機與對應(yīng)序號的下位機點對點通訊。

74、首先，上位機將系統(tǒng)時間發(fā)送給下位機，實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘同步，然后再由下位機將系統(tǒng)的報警距離設(shè)置值、發(fā)射周期值以及所測的距離值發(fā)送給上位機，實現(xiàn)信息同步。修改指令主要是用于通過上位機修改下位機的設(shè)置值。</p><p>　　歷史記錄：操作歷史記錄主要用于記錄報警、修改等事件。歷史數(shù)據(jù)記錄主要用于記錄對應(yīng)下位機的測量數(shù)據(jù)。</p><p>　　實時監(jiān)控曲線：主要根據(jù)測量值繪制24小時監(jiān)控曲線。<

75、;/p><p>　　測距報警：主要實現(xiàn)聲音報警功能。</p><p><b>　　3.3下位機的功能</b></p><p>　　超聲波測距系統(tǒng)下位機包含測距功能、系統(tǒng)設(shè)置功能、顯示功能和串口通信功能四大功能。如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3下位機功能構(gòu)成圖</p><p>　　測距功能

76、：利用超聲波的反射的原理，測出障礙物的距離。</p><p>　　顯示功能：系統(tǒng)顯示功能主要包括測量距離的顯示、時鐘顯示和報警顯示。系統(tǒng)顯示分為兩種模式：正常測量模式和快速測量模式。在正常測量模式下，測量值和時鐘每隔2S交替顯示；而在快速測量模式下，則只顯示測距值。報警顯示則是在測量值小于報警值時出現(xiàn)顯示。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)置功能：包括報警設(shè)置、周期設(shè)置、校準設(shè)置和序號設(shè)置。報警

77、設(shè)置是報警距離值設(shè)置，當(dāng)被測距離過近時，顯示警報。周期設(shè)置是超聲波發(fā)射周期設(shè)置，可根據(jù)測量距離的變化速度可以設(shè)置相應(yīng)的周期值。當(dāng)發(fā)射周期小于4S時，系統(tǒng)則認為進入快速測距模式，只顯示測距值。校準設(shè)置是下位機的零刻度值設(shè)置，當(dāng)傳感器的安裝位置不同時，可以根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的零刻度值。序號設(shè)置是下位機的通訊地址設(shè)置，只有當(dāng)上位機發(fā)送的指令與下位機序號相同時，下位機才執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　串口通信功能：用

78、來實現(xiàn)下位機與通信網(wǎng)絡(luò)的信息交換。包括地址、指令和數(shù)據(jù)的信息交換。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 </p><p>　　3.4.1 串行通信基本概念</p><p>　　串口通信，是在一些聯(lián)絡(luò)信號的控制下，使用一對傳輸線，將數(shù)據(jù)的各位按照時間順序依次傳送[8]。串行通信的特點：</p><p>　　由于在一條傳輸線上既傳輸數(shù)據(jù)

79、信息，又傳輸控制聯(lián)絡(luò)信息，這就需要一系列的約定，從而識別一條線上傳送的信息流中，哪一部分是數(shù)據(jù)信號，哪一部分是聯(lián)絡(luò)信號。</p><p>　　串行通信的信息格式有異步和同步信息格式。與此對應(yīng)，有異步串行通信和同步串行通信。</p><p>　　由于串行通信中信息邏輯定義與TTL不兼容，故需要邏輯電平轉(zhuǎn)換，以提高信息傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p>　　為降低通信線路的

80、成本和簡化通信設(shè)備，可用現(xiàn)存信道（如電話、電報信道等），配以適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌?，在任意兩點之間實行串通信。</p><p>　　3.4.2 串行通信協(xié)議</p><p>　?。?）異步傳輸協(xié)議：也稱起止式異步協(xié)議，其特點是通信雙方以一個字符作為數(shù)據(jù)傳輸單位，且發(fā)送方傳送字符的間隔時間是不定的。在傳輸一個字符時總是以起始位開始，以停止位結(jié)束。</p><p>　?。?）面

81、向字符的同步傳輸協(xié)議：其特點是一次傳送由若干個字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個字符，并規(guī)定10個特殊字符作為這個數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標志以及整個傳輸過程的控制信息。</p><p>　?。?）面向比特的同步傳輸協(xié)議：其特點是所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位，而且是靠約定的位組合模式，而不是靠特定的字符來標志幀的開始和結(jié)束。</p><p>　　3.4.3系統(tǒng)通信設(shè)計</p>&l

82、t;p>　　本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-232協(xié)議，串口通信設(shè)置為：波特率115200，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，1位停止位。上位機采用一個字符驅(qū)動事件；下位機采用串口接收中斷。整個系統(tǒng)采用統(tǒng)一的23位通訊消息，其中包含2位地址位，2位指令位，3位數(shù)據(jù)位以及14位時間位。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 通訊消息的組成</p><p>　　表3-1 指令對應(yīng)表

83、</p><p>　　第四章 下位機系統(tǒng)的具體實現(xiàn) </p><p>　　4.1下位機系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.1.1下位機系統(tǒng)的組成</p><p>　　下位機系統(tǒng)由測距模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、液晶顯示模塊和串口通信模塊四部分組成。整體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。</p><p>　　（1）測距模塊根據(jù)設(shè)置的頻率發(fā)

84、射脈沖信號驅(qū)動超聲波模塊發(fā)射超聲波信號，遇到障礙后信號返回，超聲波測距模塊接收信號后，產(chǎn)生下降沿，由處理器的定時器捕獲寄存器捕獲并產(chǎn)生中斷，關(guān)閉定時器產(chǎn)生時差，結(jié)合零刻度校準值計算出測量距離。</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)置模塊，主要包括發(fā)射脈沖的頻率設(shè)置、報警距離設(shè)置、零刻度校準設(shè)置和序號設(shè)置。其中，頻率設(shè)置和報警距離設(shè)置可由鍵盤和上位機共同修改。零刻度校準設(shè)置和序號設(shè)置主要在現(xiàn)場由鍵盤實現(xiàn)設(shè)備設(shè)置。<

85、;/p><p>　?。?）液晶顯示模塊實現(xiàn)在LCD顯示屏上顯示系統(tǒng)的一些信息，包括測量距離、系統(tǒng)時間、設(shè)置界面和報警提示。設(shè)置界面是下位機系統(tǒng)根據(jù)鍵盤操作將系統(tǒng)設(shè)置的樹狀目錄有選擇性的顯示。報警提示是將測距模塊算出的測量距離值與報警設(shè)置值比較之后，把測量距離值和報警提示顯示在液晶顯示器上。</p><p>　　（4）串口通信模塊主要將測量所得的距離通過RS232協(xié)議發(fā)送給上位機顯示，并接受由上

86、位機發(fā)送的信息。從而形成整個系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　圖4-1 下位機嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.1.2 下位機系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成 </p><p>　　ARM處理器與外圍設(shè)備的電路連接如圖4-2所示。ARM的輸出管腳與超聲波模塊的發(fā)射端相連，作用是產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動超聲波模塊發(fā)射超聲波信號。ARM的定時器捕獲中斷管腳與超聲波模塊的接收端

87、相連，作用是捕獲超聲波模塊在接收到返回信號后產(chǎn)生的下降沿。ARM的輸入管腳與鍵盤開關(guān)相連，用來修改系統(tǒng)設(shè)置值。ARM的通用輸出管腳與液晶顯示模塊相連，用于驅(qū)動液晶模塊并在模塊上顯示所要輸出的結(jié)果。ARM的UART1管腳與RS232通信模塊相連，用于與上位機通信。</p><p>　　圖4-2 硬件電路構(gòu)成圖</p><p>　　4.2下位機測距功能的實現(xiàn)</p><p&

88、gt;　　4.2.1超聲波測距模塊的時序圖</p><p>　　圖4-3 超聲波時序圖</p><p>　　超聲波測距模塊時序，如圖4-3所示。表明你只需要提供一個 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8個 40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式：us/58=

89、厘米或者 us/148=英寸；或是：距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2。</p><p>　　4.2.2測距功能的設(shè)計</p><p>　　下位機測距功能主要利用超聲波的發(fā)射到接收的時差，計算出相應(yīng)距離。具體程序?qū)崿F(xiàn)過程如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 測距功能程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　首先，由定時器0每隔0.1S

90、產(chǎn)生一次中斷，查詢處理器是否處于測距狀態(tài)，若處理器不處于測距狀態(tài)，則跳出定時器0的中斷。若處理器處于測距狀態(tài)，則是分頻寄存器CT實現(xiàn)加1。根據(jù)設(shè)置，判斷分頻寄存器的值是否等于設(shè)置周期。若不相等，則跳出定時器0的中斷。則若相等，則先將分頻寄存器清零，然后發(fā)射脈沖信號，并同時打開定時器3開始計時。</p><p>　　超聲波測距模塊收到處理器發(fā)送的脈沖信號后，驅(qū)動模塊發(fā)射探頭發(fā)送8個40kHz 的超聲波信號，利用超聲

91、波反射原理，遇到障礙后返回，接收探頭檢測回波信號，產(chǎn)生下降沿。由處理器的定時器捕獲中斷通道捕獲下降沿信號，產(chǎn)生中斷。</p><p>　　進入中斷后，首先關(guān)閉定時器3，產(chǎn)生時差。再利用時間差結(jié)合零刻度補償算出距離值。最后復(fù)位定時器3，跳出定時器3的中斷。</p><p>　　因為在脈沖觸發(fā)信號到模塊內(nèi)部發(fā)出信號之間存在著一段固定的時間差，故需要加上這一部分的補償，故最后所得的計算公式為：&

92、lt;/p><p>　　距離= (時間差-390)/58+零刻度補償 （4-1）</p><p>　　其中距離單位為厘米（cm）；時間單位為微秒（us）；-390為驅(qū)動電路的時間補償。</p><p>　　4.3下位機設(shè)置功能的實現(xiàn)</p><p>　　4.3.1下位機設(shè)置功能的顯示結(jié)構(gòu)</p><p>

93、　　設(shè)置功能的顯示分為三層。主要用于實現(xiàn)：報警、頻率、校準和序號四大功能的實現(xiàn)。如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 設(shè)置功能顯示結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　第一層目錄分為測距和設(shè)置，在測距狀態(tài)下，系統(tǒng)將實現(xiàn)自動測距功能，而通過設(shè)置可以到達二層目錄；第二層目錄為設(shè)置子目錄包含報警、頻率、校準和序號四項。第三層分別為第二層中各項的子目錄：分別是報警第一位設(shè)置、報警第二位設(shè)置、頻率

94、第一位設(shè)置、頻率第二位設(shè)置、校準確認、校準取消、序號第一位設(shè)置和序號第二位設(shè)置。并且每一個顯示界面都對應(yīng)一個顯示寄存器Value的值，如表4-1所示。。這樣通過修改Value的值就可以實現(xiàn)各個目錄之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　表4-1 寄存器Value值與顯示值對照表</p><p>　　4.3.2下位機鍵盤輸入的設(shè)計</p><p>　　圖4-6 鍵盤示意圖&

95、lt;/p><p>　　設(shè)置功能以四個開關(guān)按鍵組成的鍵盤輸入來修改寄存器Value的值，如圖4-6所示。從而實現(xiàn)設(shè)置功能顯示界面之間的轉(zhuǎn)換。其中鍵盤輸入的程序結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。</p><p>　　首先，定時器1以查詢的方式掃描鍵盤開關(guān)。若沒有按鍵按下，直接跳出中斷。若有按鍵按下，則根據(jù)對應(yīng)I/O輸入口的寄存器的值，判斷哪個按鍵，產(chǎn)生不同的按鍵值。隨后等待松手之后，程序根據(jù)不同的按鍵值，作相

96、應(yīng)計算，如表4-2所示。再由計算出來的Value值，顯示相應(yīng)界面。最后復(fù)位按鍵值，跳出中斷。</p><p>　　表4-2 按鍵、按鍵值和Value值修改對照表</p><p>　　圖4-7 鍵盤輸入程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.3.3報警設(shè)置、頻率設(shè)置和序號設(shè)置功能的實現(xiàn)</p><p>　　圖4-8 報警第一位設(shè)置程序結(jié)構(gòu)圖<

97、/p><p>　　報警設(shè)置、頻率設(shè)置和序號設(shè)置功能除序號設(shè)置除不需要向上位機發(fā)現(xiàn)修改信息之外，完全相同。以報警第一位設(shè)置程序為例，如圖4-8所示。</p><p>　　首先，由鍵盤輸入進入報警第一位設(shè)置，此時報警第一位出現(xiàn)閃爍，等待按鍵輸入。當(dāng)是左移鍵輸入時，且此時報警第一位值大于0，則該寄存器的值減1。當(dāng)是右移鍵輸入時，且此時報警第一位值小于9，則該寄存器的值加1。當(dāng)返回鍵輸入時，則直接返回

98、上級界面。當(dāng)確認鍵輸入時，則先判斷是否處于與上位機點對點對話狀態(tài)，若處于該狀態(tài)，先向上位機發(fā)送修改指令后，再修改本機相應(yīng)寄存器，最后返回上級界面。若不處于該狀態(tài)，則直接修改本機相應(yīng)寄存器后，返回上級界面。</p><p>　　4.3.4校準設(shè)置功能的實現(xiàn)</p><p>　　圖4-9 校準設(shè)置功能程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　校準設(shè)置功能主要在超聲波模塊安裝位置不

99、同的情況下，實現(xiàn)下位機的刻度零的調(diào)節(jié)。例如，模塊安裝在一個平面的下凹處，而又要以該平面為刻度零，則可使用該功能將模塊的刻度零前移，從而實現(xiàn)較為準確的測量。該功能以0.3m智能測量來實現(xiàn)，即拿一標準尺，測量出0.3m的障礙距離，再驅(qū)動超聲波測距模塊，測量修正后寫入零刻度補償寄存器即可實現(xiàn)。程序結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。</p><p>　　首先，進入校準設(shè)置模式，按確認鍵發(fā)射信號，驅(qū)動超聲波模塊測距，得到與0.3m的距離

100、偏差值，然后再按取消鍵，判斷該偏差是否在±25cm范圍內(nèi)，若是，則將該偏差值寫入校準寄存器，顯示修改成功后返回。若不是，則顯示修改失敗后返回。</p><p>　　4.4下位機顯示功能的實現(xiàn)</p><p>　　4.4.1 KM12232B 液晶模塊管腳說明</p><p>　　表4-3液晶模塊管腳說明表[9]</p><p>　　

101、RES: 設(shè)置了SED1520 或AX6120的計算機接口與計算機的總線時序。</p><p>　　當(dāng)/RES 為H時，接口為M6800時序；為L時，接口總線時序為INTEL8080 時序。</p><p>　　4.4.2下位機顯示功能的程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　下位機顯示功能主要包括測量距離顯示、同步時鐘顯示、報警顯示和設(shè)置界面顯示。其中測量距離和同步時鐘顯示

102、在顯示屏的第一行，報警和設(shè)置界面顯示在顯示屏的第二行。程序結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 顯示功能程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　顯示程序在主函數(shù)里完成，優(yōu)先級最低并且可以隨時被中斷。當(dāng)周期大于4S時，進入正常測量模式，第一行交替顯示測量距離和同步時鐘，間隔2S更新一下顯示信號。周期小于4S時，則進入快速測量模式，第一行只顯示測量距離。當(dāng)測量值小于報警值時，第二行顯

103、示報警。否則顯示系統(tǒng)設(shè)置界面。</p><p>　　4.5下位機通信功能的實現(xiàn)</p><p>　　4.5.1下位機通信程序的結(jié)構(gòu)</p><p>　　下位機串口通信采用串口接收中斷的方式。上位機以廣播的方式發(fā)送消息時，下位機則監(jiān)聽上位機發(fā)送的消息。程序結(jié)構(gòu)如圖4-11所示。</p><p>　　下位機接收到上位機發(fā)送的消息產(chǎn)生中斷。首先，程

104、序等待上位機發(fā)送完這條23位的消息。若發(fā)生超時則直接跳出中斷。若收到完整消息，判斷此條消息是否是本機指令。若是，則先執(zhí)行該條指令，然后返回執(zhí)行信息，最后向上位機發(fā)送結(jié)束提示，跳出中斷。</p><p>　　若不是本機指令，則關(guān)閉本機操作（如正在向上位機發(fā)送距離測量值），跳出中斷。</p><p>　　圖4-11 下位機接收流程圖</p><p>　　4.5.2下位機

105、對不同指令的操作</p><p>　　在本系統(tǒng)中，由上位機向下位機發(fā)送的指令分為兩種：同步指令和修改指令。</p><p>　　同步指令：下位機系統(tǒng)先讀取同步指令消息的時間位，修改下位機的系統(tǒng)時間，使其與同步指令的時間信息相同，從而實現(xiàn)上位機與下位機的時間同步。然后，將下位機的報警設(shè)置和頻率設(shè)置消息向上位機發(fā)送。最后開啟點對點對話模式，即實時向上位機發(fā)送本機測量的距離值。</p>

106、;<p>　　修改指令：該指令比較簡單，下位機直接按上位機發(fā)送的消息修改報警值和頻率值。然后返回執(zhí)行消息。</p><p>　　4.6下位機系統(tǒng)性能測試</p><p>　　4.6.1測距性能測試</p><p><b>　?。?）測距實物照片</b></p><p>　　圖4-12 測距狀態(tài)實物圖<

107、/p><p><b>　?。?）測量精度</b></p><p>　　表4-4 測距功能測試表</p><p>　　通過測試，系統(tǒng)精度基本達到了設(shè)計的要求，誤差很難避免。但通過分析誤差的來源，提高傳感器模塊的精度或者改變設(shè)計方法，可以降低系統(tǒng)誤差，從而使系統(tǒng)更加完美。</p><p>　　4.6.2系統(tǒng)設(shè)置功能的測試<

108、/p><p>　?。?）設(shè)置功能的顯示界面實物照片</p><p>　　如圖4-13、圖4-14、圖4-15、圖4-16所示，分別是設(shè)置報警、頻率設(shè)置、校準設(shè)置和序號設(shè)置的第三層目錄進入之后的修改顯示界面圖?？梢酝ㄟ^按左移鍵減1，右移鍵加1，確認鍵保存修改以及返回鍵返回第三層目錄。</p><p>　　圖4-13 報警設(shè)置實物圖</p><p>

109、　　圖4-14 頻率設(shè)置實物圖</p><p>　　圖4-15 校準設(shè)置實物圖</p><p>　　圖4-16序號設(shè)置實物圖</p><p><b>　　（2）報警功能測試</b></p><p>　　圖4-17 報警顯示比較圖（a）</p><p>　　圖4-18報警顯示比較圖（b）</p

110、><p>　　在設(shè)置報警距離為0.2m的情況下，顯示界面如圖4-17和圖4-18所示。當(dāng)測量距離小于0.2m時，屏幕出現(xiàn)報警顯示；而當(dāng)大于或等于0.2時，則正常顯示系統(tǒng)設(shè)置界面。（3）頻率設(shè)置功能測試</p><p>　　圖4-19 時鐘顯示比較圖（a）</p><p>　　圖4-20 時鐘顯示比較圖（b）</p><p>　　圖4-19 是在設(shè)

111、置頻率為10分頻（即周期為1S）時，系統(tǒng)進入快速測量模式，只顯示測量值；圖4-20是設(shè)置頻率為40分頻（即周期為4S）時，系統(tǒng)進入正常測量模式，時鐘和距離交替顯示。圖4-19和圖4-20既驗證了頻率設(shè)置功能，同時也驗證了兩種模式情況下的不同顯示功能。</p><p>　?。?）校準功能的驗證</p><p>　　校準功能是以0.3m的長度為測量時，系統(tǒng)將此標準與0.3m對應(yīng)寫入寄存器。若將

112、0.25m長度的測量值寫入寄存器測量時，則系統(tǒng)將0.25m的距離認為是0.3m。此時若測量1m的距離時，系統(tǒng)則會認為是1.05m。表4-5說明了校準功能能夠很好的克服測距系統(tǒng)的零刻度偏移這一誤差。</p><p>　　表4-5 校準功能測試表</p><p>　　4.6.3 同步時鐘的測試</p><p>　　如圖4-21和圖4-22所示，在發(fā)送同步指令前，嵌入式系

113、統(tǒng)開啟后的時間顯示為隨機數(shù)值的顯示；而在發(fā)送同步指令后，嵌入式系統(tǒng)讀取通訊消息的時間位，并修改本機的系統(tǒng)時間，實現(xiàn)與上位機時鐘同步。</p><p>　　圖4-21 發(fā)送同步指令前時鐘顯示圖</p><p>　　圖4-22發(fā)送同步指令后時鐘顯示圖</p><p>　　第五章 上位機系統(tǒng)的具體實現(xiàn) </p><p>　　5.1上位機系統(tǒng)的整體結(jié)

114、構(gòu)</p><p>　　5.1.1上位機系統(tǒng)的組成</p><p>　　上位機系統(tǒng)由MFC控件編寫，具有良好的窗口界面。上位機顯示主界面是上位機系統(tǒng)的核心顯示部分，主要可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程修改以及操作與故障記錄等。歷史數(shù)據(jù)界面主要用于實現(xiàn)查詢歷史某天的測量記錄。實時監(jiān)控曲線可以實現(xiàn)遠程圖像監(jiān)控的功能。此外，系統(tǒng)還實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的存儲，方便用戶將資料導(dǎo)出。上位機結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。<

115、/p><p>　　圖 5-1 上位機系統(tǒng)組成</p><p>　　5.1.2上位機顯示主界面</p><p>　　上位機顯示主界面是主要實現(xiàn)遠程信息集中顯示的部分。該界面通過使用23位通訊消息與串口對接。該界面在獲得由串口發(fā)來的消息后，根據(jù)消息的不同指令分別將消息顯示在設(shè)備信息欄、數(shù)據(jù)欄、實時監(jiān)控狀態(tài)欄以及操作與故障記錄欄。如圖5-2所示。</p><

116、;p>　　設(shè)備信息欄：用于檢測并顯示下位機的工作狀態(tài)以及上位機與下位機的匹配情況。</p><p>　　實時監(jiān)控狀態(tài)欄：用于顯示下位機報警信息、提示上位機重發(fā)信息以及下位機的信息發(fā)送情況。</p><p>　　操作與故障記錄欄：用于記錄工作設(shè)備、修改設(shè)置、設(shè)備運行狀況等信息，并且能生成文檔，方便查看。</p><p>　　數(shù)據(jù)欄與指令按鈕：用于實現(xiàn)相應(yīng)的信息顯

117、示、修改與通訊消息的發(fā)送。</p><p>　　系統(tǒng)時間：是軟件獲取的計算機系統(tǒng)時間，并且該時間能在同步指令下能實現(xiàn)與下位機實現(xiàn)時間的同步。</p><p>　　此外，在該界面能實現(xiàn)聲音報警功能。</p><p>　　圖5-2 上位機顯示主界面</p><p>　　5.1.3實時監(jiān)控曲線界面</p><p>　　該界面

118、主要實現(xiàn)根據(jù)實時數(shù)據(jù)繪制未來一天的曲線。該界面以二維曲線的方式將監(jiān)控數(shù)據(jù)展現(xiàn)，更加利于用戶對整個測量數(shù)據(jù)趨勢的把握。界面如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 實時監(jiān)控曲線界面</p><p>　　5.1.4 數(shù)據(jù)查看界面</p><p>　　該界面主要實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與顯示。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)置需要查看的日期，便可將該天的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入查看。界面如