摘 要本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以HC-SR04超声波模块以及SC8035语音芯片作为核心元件的语音播报船舶防撞探测器系统，实现了毕业设计预期所设定的各个指标，完成了大学学习生涯里的最后一门作业。本系统的主要特点是基于单片机系统并采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的语音播报船舶防撞探测器控制市场，能够大幅度降低目前语音播报船舶防撞探测器系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 3
（一） 船舶防撞探测器的发展背景 3
（二） 国内外发展现状 3
（三） 本文主要研究内容 3
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控器件的选择 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 3
（三） HCSR04超声波传感器介绍 3
（四） SC8035真人语音播报芯片介绍 3
（五） LCD1602显示器概述 3
三、 硬件系统设计 3
（一） 船舶防撞探测器系统的硬件结构框图设计 3
（二） STC89C51单片机最小系统设计 3
1. 复位电路设计 3
2. 时钟电路设计 3
（三） 障碍物测距电路设计 3
（四） 报警电路设计 3
（五） 语音播报器电路设计 3
（六） 显示器电路设计 3
四、 软件系统设计 3
（一） 船舶防撞探测器系统的软件工作流程设计 3
（二） 障碍物测距工作流程图设计 3
（三） 语音播报工作流程设计 3
（四） 显示器工作流程设计 3
五、 实物制作与安装 3
（一） 实物制作 3
（二
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072* 
） 问题总结 3
致 谢 3
参考文献 3
附录一 原理图 3
附录二 程序 3
引言
船舶防撞探测器的发展背景
所谓的“智能船舶防撞探测器”是指在船舶防撞探测器内部被植入了一定程度的控制系统，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能船舶防撞探测器对船舶甲板周围障碍物的识别、检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于船舶防撞探测器的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能船舶防撞探测器控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能船舶防撞探测器的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。 本文中所用的智能船舶防撞探测器，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯00引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能船舶防撞探测器就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如摄像头、激光传感器、超声波传感器、红外采集器、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能船舶防撞探测器的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，替代了传统船舶进港和停泊方式，解放了一大批人力物力，并且能够高效地对船舶驾驶员进行驾驶辅助，它对促进船舶工业的发展以及行车安全做出了很大的提升，因此设计出性能更高、功能更强的智能船舶防撞探测器控制系统是非常必要的。
国内外发展现状
目前国内外对于智能船舶防撞探测器的研究可谓是处于一种如火如涂的状态，许许多多国内外的研究所、船舶制造工厂以及海事院校都有对智能船舶防撞探测器的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能船舶防撞探测器带给船舶工业的升级。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现快速语音提示的船舶防撞探测器，这种船舶防撞探测器突破了目前船舶防撞探测器的功能实现现状，不但能够快速对船舶前后的障碍物实现检测和报警，并且还能够通过内部高性能的微处理器以及处理算法，从而进行停泊方案的制定，这种船舶防撞探测器更加适合新船舶驾驶员进行使用；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能船舶防撞探测器控制系统，他们所设计的系统能够在一定程度上为驾驶员提供合理的船舶停靠方案。
本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统船舶防撞探测器系统的发展基础上，设计出一款能够实现船舶防撞探测器功能的智能船舶防撞探测器控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一部分主要对船舶防撞探测器系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二部分对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三部分将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四部分对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
本文主要设计了一款能够实现语音播报的船舶防撞控制系统，以STC89C51单片机作为主控单片机，实现了如下指标：
1）当距离周围障碍物小于1米时，发出报警信号；
2）报警信号的频率与船舶周围障碍物的距离成反比，即距离越近，报警越频繁；
3）能够实现真人语音播报与障碍物的距离值；
4）能够实现距离值的显示。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些被冠以相类似型号却出自不同厂家的51单片机在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。

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