波超声自动探测门禁系统的设计.doc

1、 毕业设计（论文） 题 目： 基于 IOS 的语音识别技术的研究与设计 学生 姓名 ： 荣成 学 号： 2012013981 所在 学 院 ： 信息工程学院 专业 班 级 ： 通信 工程 2 班 届 别： 2012 届 指 导 教 师 ： 张峰辉 皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书 1.本人郑重承诺：所提交的毕业设计（论文），题目波超声自动探测门禁系统设计是本人在指导教师指导下 独立完成的 ， 没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容； 2.毕业设计（论文）所使用 的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源； 3. 毕业设计（论文）中无抄

2、袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况； 4.本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果； 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚 作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。 学生（签名）： 日期： 年 月 日 目 录 前言 . 2 1 绪论 . 2 1.1 课题研究现状 . 2 1.2 课题研究目的 . 2

3、 1.3 课题研究内容 . 3 2 IOS 系统的简介 . 3 2.1 iOS 的开发介绍 . 3 2.1.1 iOS 开发硬件环境 . 3 2.1.2 iOS 开发软件环境 . 4 2.2 开发语言 Object C简介 . 5 2.2.1 OC语言的发展史 . 5 3 系统方案设计 . 6 3.1 设计要求 . 7 3.2 设计方案 . 7 3.2.1 设计思路 . 7 3.2.2 设计系统结构 . 7 4 主要元器件介绍 . 8 4.1 AT89S52 单片机 . 8 4.1.1 单片机特性 . 9 4.1.2 单片机管脚 . 9 4.2 温度传感器 DS18B20. 12 4.2.1

4、DS18B20 简 述 . 12 4.2.2 DS18B20 工作原理 . 12 4.2.3 DS18B20 主要特性 . 14 4.3 超声波传感器 HC-SR04. 14 4.3.1 HC-SR04 主要参数 . 15 4.3.2 HC-SR04 原理图 . 15 4.3.3 HC-SR04 工作原理 . 16 4.4 LCD1602 液晶显示器 . 17 4.4.1 LCD1602 简介 . 17 4.4.2 LCD1602 管脚及特性 . 17 4.5 步进电机 . 18 4.5.1 步进电机简介 . 18 4.5.2 步进电机工作原理和特点 . 19 5 硬件电路设计 . 19 5.

5、1 AT89S52 单片机模块 . 20 5.2 DS18B20 测温模块 . 20 5.3 HC-SR04 超声波集成模块 . 20 5.4 LCD 显示模块 . 21 5.5 电机控制模块 . 22 6软件设计 . 22 6.1 主程序流程 . 23 6.2 子程序设计 . 23 6.2.1 DS18B20 子程序 . 23 6.2.2 LCD1602 子程序 . 24 6.2.3 超声波发送和超声波接收程序 . 24 6.2.4 电机驱动子程序 . 25 7软硬件调试与 PROTEUS 仿真 . 26 7.1 软件编译 . 26 7.2 硬件设计 . 26 7.3 软硬件仿真 设计 .

6、27 7.4 仿真结果 . 28 7.5 误差分析 . 30 参考文献： . 31 皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 1 波超声自动探测门禁系统设计 学生 ： 陈传涛（ 指导老师： 张峰辉） （皖西学院信息工程学院） 摘要： 本文详细介绍了以 AT89S52 单片机为核心所设计波超声自动探测门禁系统，对超声波测距系统的发生电路和接收电路、电机控制及其 DS18B20 温度采集电路， LCD 显示电路等进行硬件设计。软件设计采用模块化设计，有主程序、收发超声波子程序、 LCD 显示子程序、电机控制子程序和 DS18B20 温度采集子程序等模块组成。各模块之间通过单片机进行控制处理，

7、实现测距、监控距离、控制电机等功能。 关键词： 超声波， DS18B20 温度采集，电机， LCD Wave Ultrasonic Automatic Detection Entry Systems Student: Chen Chuantao(Faculty Adviser： Zhang Fenghui) West Anhui University School of Information Engineering Abstract:This paper describes the AT89S52 microcontroller as the core of the design wave

8、ultrasonic automatic detection access control systems, ultrasonic ranging system generating circuit and a receiving circuit, motor control and DS18B20 temperature acquisition circuit, LCD display circuit hardware design. Software design is modular in design, there is the main program, send and recei

9、ve ultrasonic subroutine, LCD display routines, subroutines, and motor control subroutine DS18B20 temperature acquisition module. Between the modules through the MCU control processing, ranging, monitoring distance, control motor functions. Key words: ultrasonic, DS18B20 temperature acquisition, mot

10、ors, LCD 皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 2 前言 在当今科学技术日新月异、飞速发展的信息时代，智能门禁系统也应运而生。其中超声波控制门禁系统是一种综合性的多学科的高科技技术集合， 它涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、等诸多技术领域 。 1 绪论 1.1 课题研究现状 智能门禁系统根据应用不同的技术可以分为多种门禁系统，如按键门禁系 统、智能 IC 卡门禁系统、密码门禁系统、指纹识别门禁系统和超声波门禁系统等，本课题研究的就是超声波门禁系统。 随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、

11、雷达测距和激光测距等。其中，雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、测量速度快等优势，尤其对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但成本价格太高，数据处理复杂。可是，超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向 分辨率高，使用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点。因此波超声自动探测门禁系统尤其适合在办公楼、商场、酒店等场所使用，其独特的“见人就开，人走远才关”的特点，一直吸引着顾客以及学者对其进一步的优化。 1.2 课题研究目的 智能门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统，它

12、集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房 、军械库、机要室、办公间 ,智能化小区，工厂等。 智能门禁系统是智能建筑楼宇自动化系统中的安全系统， 它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。 作为一种新型现代化安全管理系统，门禁系统把自皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 3 动识别技术和现代安全管理措施结合起来 适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机

13、要室、办公间 ,智能化小区，工厂等 ，也适用于一些娱乐休闲场所 。 在社会财富不断增长的今天，寻求更便捷智能的设施是当今人们热衷的，在一些建筑物内人流量大的通道口所使用的按键门禁 系统、 IC 卡门禁系统和密码门禁系统等会非常的不适用，因为它们容易造成人群堵塞，在不注意的情况下容易夹着人，对人员造成伤害。在科技高速发展的今天，智能化已经融入于人们的正常生活中，因此，研究一种智能化的门禁系统是当今研究的主要方向。 1.3 课题研究内容 波超声自动探测门禁系统就是具有代表性的研究课题， 首先 了解超声波的基本概念、测距的原理、电机控制以及可用于设计自动门的便捷方法，掌握应对距离测距的相关补偿方法等

14、。对波超声自动探测门禁系统进行软硬件设计， 利用超声波探测门附近是否有人或物体靠近 ，门 自动打开， 检测 人或物离开一段预置距离后， 门自动关闭。完成软硬件的调试，并对设计进行优化和分析误差原因。 2 超声波测距的原理 2.1 超声波简介 声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式 ， 振动频率大于 20000Hz以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（ 20000Hz） ，我们把这种听不见的声波成为超声波。 超声波是一门以物理、电子、机械以及材料科学为基础的，各行各业都要使用的通用技术之一。 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中 ， 能在各种不同媒质中传播，且可传

15、播足够远的距离 ； 超声波与传声媒质的 相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效用及治疗 ； 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播 ； 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象 。 超声波可传递很强的能量 ，而且能量消耗缓慢，环境污染小。 2.1.1 超声波传播速度 超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波：（ 1）横波，质点振动方向垂直于传播方向的波；（ 2）纵波，质点振动方向与传播方向一致的波；（ 3）表面波，质点皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 4 振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。 横波只能在固体中传播，纵波能在固液气体中传播，表

16、面波随深度的增加其衰减越 快，一般为了测量各种状态下的物理量基本都采用纵波形式的超声波。 2.1.2 超声波的物理特性 当超声波传播到两种特性不同的介质的平面上时，一部分被反射，叫做超声波的反射；另一部分被透射过界面，在相邻的介质内部继续传播，叫做超声波的折射。 图 2.1 超声波的发射和折射 如图 2.1 所示，当超声波传播到两种不同介质特性阻抗的平面分界面上时，一部分被反射，叫做超声波的反射；另一部分被透射过界面，在相邻的介质内部继续传播，叫做超声波的折射。 （ 1）声波反射系数：11221122coscoscoscoscpcpcpcpR11221122coscos2cpcpcpcpT注：

17、 为声波的入射角， 为声波的反射角， 22cp 、 11cp 分别为两介质的特性阻抗，其中 1c ， 2c 为反射波和折射波的速度。反射角、折射角和声速 1c ， 2c 满足折射定律表达式：21sinsin cc 当超声波垂直入射界面时， = = 0，即 1122112211cpcpcpcpR 1122112212cpcpcpcpT 。如皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 5 果21sin cc ，入射波完全被反射，在相邻两个的介质中没有折射波。 （ 2）声波的衰减 超声波在一种介质中传播，它的声压和声强按指 数函数规律衰减。在平面波的情况下。距离声源 x处的声压 P 和声强 I

18、的衰减规律如下： AxePP 0 AxeII 20 注： 0P , 0I 为距离声源 x=0 处的声压和声强； x 为超声波所处位置到声源的距离，A 为衰减系数，单位 cmNp / (奈培 /厘米 )。 2.2 超声波测距原理 超声波测距是利用反射原理来测量距离的，一端为超声波传感器，另一端为 能够反射的物体。 图 2.2 测距原理 如图 2.2 所示使用超声波测距系统测量距离时，将超声波传感器对准反射物体，开始发送超声波，并同时开始计时，超声波在空气中传播，途中遇到反射物就立即反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，根据超声波的传播速度和计时时间就能计算出两端的距离，测量距离 L 为

19、 ctL 21 （ 2.1） 注： c 为超声波的传播速度， t 为超声波从发射到接收返回波 的时间。 2.2.1 测量距离与传播时间的关系 由 2.3 表达式可知，距离的测量值及其精度主要取决于超声波传播速度和计时皖西学院 2011 届本科毕业设计 (论文 ) 6 精度两个方面。在传播速度准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要达到微秒级，就能保证测距误差小于 1mm的误差。使用 12MHz的晶体做时钟基准的AT89S52 单片机定时器能方便的计数到 1s 的精度，基本不会产生累计误差。 2.2.2 测量距离与温度的关系 超声波的传播速度 c 是随环境变化而改变的，如温度、空气密度和气体

20、分子成份等，它们的关系式为 KTcMRTc 2 7 310 （ 2.2） 注：为气体定压热容与定容热容的比值，空气为 1.40； R 为气体普适常数，为 8.314kg/mol； T 为气体势力学温度，与摄氏温度的关系是 T=273K+t； M 为气体相对分子质量，空气为 28.8 310 kg/mol; c0 为 0时的声波速度，为 331.4m/s。 由 2.3 表达式可知， c 331.5 + 0.61 T（ T 为摄氏温度），可以计算出超声波速度与温度的关系，如表 2.1 所示。超声波 在空气中传播时，受温度的影响较为大，温度越高，空气分子的密集程度就越大，超声波的传送速度越快。 表 2.3 超声波传播速度与温度关系表 项目 数值 温度 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 声速 /( ms) 313 319 325 332 338 344 350 356 361 3 系统方案设计 测量距离的方法很多，如红外线、激光、雷达和超声波等，但超声波传感器测距以其非接触式、携带方便、简单易用且超声波传感器价格低廉，易于小型化和集成化，可以实时控制等优点被人们广为应用。本章 主要讲述本设计的设计要求和设计方案，对以 AT89S52 单片机为核心的主控制模块的波超声自动探测门禁系统进行结构分析和设计。