大学生电子设计竞赛设计报告-运动木棒长度计量装置.doc

摘 要：本计量装置是以STC系列单片机89C52单片机为控制核心，加以脉冲调制的反射式红外发射-接收器，WTW-16P语音模块，12864液晶显示屏以及其他电路构成，通过让木棒竖直或水平滑过滑槽，采用脉冲调制的反射式红外发射-接收器检测木棒滑过信号，通过存储计算，计算出木棒长度，累计木棒长度和木棒个数，并具有木棒反方向运动计量功能，实现相应长度、个数扣除，将采集的数据用12864液晶显示器显示出来，并通过WTW-16P语音播报，用DS1302进行数据存储，并具有掉电保护功能，还可以将采集的数据用微型打印机打印出来。 本设计采用较低的硬件投入达到对木棒长度较为精确的检测，是一种智能运动棒体非接触式长度检测系统。 关键词：单片机 12864液晶显示 WTW-16P语音模块 DS1302 第一章:题目内容和要求 一．题目：运动木棒长度计量装置 二．要求： 1．基本要求 （1）具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的显示功能； （2）具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的语音播报； （3）长度测量误差≤1cm。 2．发挥部分 （1）具有存储数据自动回放功能； （2）长度测量误差≤0.5cm； （3）具有木棒反方向运动计量功能，实现相应长度、个数扣除； （4）创新性。 3．说明 （1）棒体采用直径约3厘米的拖布杆制成，长度5～20cm。 （2）滑槽采用表面明光滑的板材制作，长度约为50cm。 （3）单根木棒通过滑槽的时间小于3秒钟。 （4）长度计量不容许使用光栅尺。 第二章：方案比较与论证 一．传感器的选择 方案一：不调制的反射式红外发射-接收器。直接用直流电压对管子进行供电，限于管子的平均功率要求，工作电流只能在10mA左右，容易受到干扰。 方案二：脉冲调制的反射式红外发射-接收器。红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，如果使用占空比较小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流可以很大（50-100mA），这样也大大提高了信噪比。 基于上述考虑，本装置采用方案二。 二．控制器的选择 方案一：采用STC89C52单片机，内部资源比较少，程序下载需要编程器，硬件搭建比较复杂，软件实现比较麻烦，另外需要仿真器来实现软硬件调试。 方案二：采用ATmega16单片机，此单片机具有一整套的编程与系统开发工具，支持片内编程与调试，该单片机为单调指令，执行速度快，而且I/O口驱动能力强，应用灵活，价格低廉。 由于本次设计应用资源少，89C52基本可完成设计需要，所以采用方案一。 三．播放器的选择 方案一：采用WTW-16P语音模块。此模块支持外挂最大1G容量的SD卡，支持微处理器和按键控制，支持播放WAV格式文件，可以调用任意段落的语音进行播放，加载语音需要软件辅助。 方案二：采用单片机控制扬声器，作为语音模块，此方法需要事先在单片机内存入大量代码，而且操作很困难，软件实现叫麻烦。 基于上述考虑及题目要求，故选择方案一。 四．显示模块的选择 方案一：采用12864液晶来充当显示模块，该液晶显示器以其微功耗，显示内容丰富，体积小，超轻薄等诸多优点在电子设计中被广泛应用。 方案二：采用八段数码管。虽然数码管的价格较液晶显示器低廉，但其耗电量大，显示不美观，而且动态显示易乱码。 基于上述考虑，故选择方案一。 五．测量装置模型的选择 方案一：采用电机传送带使木棒在传送带上匀速运动测木棒长度。缺点：不同长度木棒质量不同传送带载重不同达不到同一传送速度，并且硬件成本提高。 在算法上采用查询加定时器溢出中断的方法，当木棒通过时用查询法启动定时器。缺点：由于木棒通过检测点较快，因而实践验证查询不到，不予采用。 方案二：采用滑槽竖直放置或水平放置，木棒以变速运动通过检测点。 在算法上采用外部中断加定时器溢出中断的方法，当木棒通过检测点一时进入外部中断0，开启定时器。通过检测点二时进入外部中断1取此时的时间t1，当木棒完全通过检测点一时关定时器，用查询的方法取此时时间t2，运用智能算法算出木棒长度。 综上所述，根据制作成本和算法的优点，本设计采用方案二。 六．实施方案 根据分析，采用如下方案： 在硬件上滑槽竖直放置或水平放置，木棒以加速运动通过检测点。 在算法上采用外部中断加定时器溢出中断的方法，当木棒通过检测点一时进入外部中断0，开启定时器。通过检测点二时进入外部中断1取此时的时间t1，当木棒完全通过检测点一时关定时器，用查询的方法取此时时间t2，由于两个检测点距离S1很小，用微分的思想，认为木棒通过两个检测点时的速度相同为V0，则V0=S1/t1,木棒长度S2=V0*T2+0.5*9.8*T2*T2，即为所求，此方案硬件投入小，且经实践验证检测精度较高且智能性较高，予以采用。 第三章：整体系统与理论分析 一．整体设计框图 1．本题目是设计制作一个