“信号声源定位实验”

信号声源定位分为三个部分，分别是声波测距、三位数码管显示以及延时电路的设计。通过NI my DAQ以及Labview软件实现测量距离并显示以及使LED灯延时的效果。最终在labview中通过编程将三个部分连接起来。 声波测距，通过超声测距传感器来实现。超声波传感器是根据超声波的一些特性制作的，用于完成对超声波的发射和接受，内部的换能晶片受到电压的激励产生振动发出超声波。超声测距传感器主要由发射部分。接受部分、控制部分和电源部分组成。使用NI my DAQ实现超声波测距，需要用到NI my DAQ数字接口1，用作计数器，来接受返回的信号。 声波测距的原理十分简单，由超声波的发射端发射一束超声波，在发射的同时，计时开始，发射出去的超声波在介质中传播，声波具有反射特性，当遇到障碍物时就会反射回来，当超声波的接收端接收到反射回来的超声波时，计时停止。介质为空气时，声速为340m/s，根据记录的时间t，利用公式s=340t/2计算出发射位置与障碍物之间的距离。 三位数码管显示，通过布尔数组控制NI my DAQ数字端口的输出（T为高电平，F为低电平）。三位数码管共阳极，不共阴极。三位数码管显示采用动态显示的办法，也就是说其中一位数字显示的时候，另外两位数字不显示。实现这个目的，我们可以去控制接地端，当接地端接通时，数码管亮，否则灭。译码器就是我们控制接地端的工具，其真值表如下图： 通过控制译码器的输入端可以控制输出端的接地，从而实现动态显示的目的。 动态延时电路，NI my DAQ助手具有输出高低电平的功能，这会大大简化我们的延时电路。我们通过控制输出电压的高低来实现LED灯的开灭。当输入的距离信号小于2m时，LED灯持续亮着，一旦距离信号大于2m，我们通过Labview让它持续输出5s的高电平然后转化为低电平。这样就实现了延时的功能。 最后就是将各个部分连接起来，通过时间测量可以得出超声波测距一次大约需要时间为80ms，三位数码管显示仅仅需要3ms，还有就是LED灯的延时需要5s，我们在labview中引入了队列，来确保三个循环同时进行，这样就可以实时测距，并且数码管实时显示。

二、实验相关问题列举

实验过程中我们遇到了一些问题，通过查阅文献和请教老师使得问题得到了解决。问题和解决办法如下：   1.超声波传感器输出超声波信号。采用NI ELVIS Fcunction Generator发射信号   2.数码管显示闪烁。将DAQ助手换成底层DAQ mx，重新编程。   3.接受超声波传感器返回的信号。使用NI my DAQ数字接口1，通过底层DAQ mx编程输出测量的距离。   4.LED灯延时。通过labview编程中的定时功能使它持续输出5s高电平，从而实现延时5s的目的。   5.距离测量与LED延时的结合问题。引入队列，将超声测距模块测得的数据储存到队列中，但是每次只储存一个，然后释放掉，并且在延时模块前加上判断语句，如果值发生了改变就执行延时模块，否则不进入。

三、实验目的

1.掌握labview软件、NI multisim和NI my DAQ的操作和使用 2.培养自主实验、阅读文献、团队协作和解决问题的能力 3.熟悉电路在面包板的搭建 4.了解一些电路元器件的工作原理和使用方法

四、实验仪器及方法

实验仪器：labview 软件、 NI my DAQ助手、面包板、译码器、超声波传感器、LED灯、导线若干。 实验方法： 1.超声波测距：   ①发射信号：采用NI ELVIS FUNCTION Generator发射10kHZ、占空比10%、Vpp=8V，偏压为4V的矩形脉冲。   ②接收信号：利用NI my DAQ的计数器功能，将返回的信号使用数字接口1接收。   ③输出距离：通过公式s=340t/2，输出超声波传感器与物体之间的距离。 2.数码管显示：   关于数码管显示，这里有一个前提，因为超声波测距模块已经用掉了一个数字接口1，所以我们现在只能通过控制数字接口0、2、3、4、5、6、7来实现数码管的动态显示。关于数码管动态显示的原理前面已经介绍过了。下面介绍一下具体步骤。   ①labview结构：因为数码管显示是一直运行的，所以我们在labview后面板拉出一个while循环，并加上布尔开关。   ②控制数字输出：我们在labview里面拉出一个事件顺序结构，也就是先显示第一位，然后第二位第三位。每个事件帧里面加上if条件结构，在条件结构里面编写布尔数组来控制不同数字的输出。这里我们先用掉四个数字输出端口，通过译码器来实现不同数字的输出，其中译码器的原理图在前面已经展示过了。   ③控制接地端：进行到这一步，数字接口还剩下三个，我们再使用另外一个译码器，还是通过同一个布尔数组，来实现接地端的通与断，从而实现数码管的动态显示。   注意事项：注意这里不能使用DAQ助手，因为DAQ助手每次循环都在不停的关闭和打开，导致循环时间变慢，从而数码管会出现闪烁的问题。这个问题在前面介绍过了。 3.动态电路延时：   ①控制输出电压：NI my DAQ的AO输出是可以控制输出电压，通过控制底层DAQ mx来实现高低电平的转换，从而控制LED灯的亮与灭。   ②当输入的距离信号小于2m时，LED灯持续亮着，一旦距离信号大于2m，我们通过Labview让它持续输出5s的高电平然后转化为低电平。这样就实现了延时的功能。 4.labview编程使三个部分结合   ①实行多线程运行：在循环结构中引入队列，将超声波测距得到的数据储存在队列中，三个部分同时使用队列中的数据进行循环。   ②确保数码管显示正常：因为超声波测距一次大约需要时间为80ms，三位数码管显示仅仅需要3ms，所以如果要是数码管显示正常的话，需要增加数码管同一循环执行次数，来确保数码管的正常闪烁。   ③LED灯延时电路接受最新数据：调整队列，让队列中储存的数据为一个，并且不断释放队列，这样就可以使到达LED循环中的数据永远是最新的。