基于单片机的超声波测距系统设计Word格式文档下载.docx
《基于单片机的超声波测距系统设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的超声波测距系统设计Word格式文档下载.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
STC89c52
二、正文
1、引言：
测量距离的方法有很多种，短距离的可以用米尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
2、系统设计方案
2.1超声波测距的原理
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight），也可以称为回波探测法，如图所示。
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回
来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式和固介式三种。
根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。
而倒车雷达一般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中（20℃）的传播速度为340m/s（实际速度为344m/s这里取整数），根据计时器记录的时间就可以计算出发射点距障碍物的距离，公式S340*t/2。
图1超声波测距原理
由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，表1列出了几种不同温度下的声速。
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。
表1声速与温度的关系
2.2设计框图
本研究设计的超声波测距仪框图如图所示。
超声波测距仪方框图
2.3US-100超声波收发模块
该超声波收发模块可自己产生40kHz的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头接收。
经接收电路的检波放大，积分整形，在ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。
具体过程如图3所示。
US-100超声波收发模块工作时序图
上图表明：
只需要在Trig/TX管脚输入一个10us以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号，当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。
在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一个高电平，可根据此高电平的持续时间来计算距离值。
即距离值为：
（高电平时间*340m/s）/2
注：
因为距离值已经经过温度校正，此时无需再根据环境温度对超声波声速进行校正，也就是不管温度多少，声速选择340m/s即可。
使用US-100超声波收发模块进行距离测量测量时，单片机只需要输出触发信号，并监视回响引脚，通过定时器计算回响信号宽度，并换算成距离即可。
该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠，其参数指标如表2所示。
表2US-100模块电气参数
应注意测量周期必须在60毫秒以上，防止发射信号对回响信号的影响。
US-100超声波模块外形图
2.4单片机电路
本设计选用单片机STC89C52，其管脚如图所示。
STC89C52单片机管脚图
该芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。
由STC89C52组成的单片机系统原理图如图6所示。
图中TRIG引脚为单片机发送触发信号的引脚，ECHO引脚为US-100模块送回回响信号的引脚，接至单片机外部中断P3.2脚上，可以利用外部中断测量回响信号宽度。
当测量距离小于阈值20cm时，单片机通过管脚P3.6发出灯光报警信号，触发LED报警灯亮，同时通过管脚P3.7发出声音报警信号beep，该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。
图6单片机系统及超声波模块接口原理图
2.5蜂鸣器报警电路
图7所示为蜂鸣器报警电路。
由于单片机管脚的灌电流比拉电流容量大，因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响，高电平关闭。
当P3.7脚输出低电平时，PNP型三极管8550导通，有集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。
当P3.7脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器关闭。
图7蜂鸣器报警电路
2.6显示电路
显示部分采用SMC1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：
表3液晶屏技术指标
接口信号说明如表4所示。
表4液晶屏接口信号说明与单片机接口
电路如图8所示。
图8LCD与单片机接口电路
2.7供电及程序下载电路
本设计采用USB接口供电，电源电压5V。
同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。
其电路原理如图9所示。
图9供电及程序下载电路
3软件编程
3.1软件流程图
本设计软件主程序流程图如图10所示，（a）为主程序流程图，（b）为定时中断子程序流程图，（c）为外部中断子程序流程图。
（a）主程序流程图
（b）外部中断流程图
图10程序流程图
3.2主程序
（1）头文件和一些宏定义
/*******************************************************************//*******************超声波测距仪************************************//*******************（液晶屏显示）************************************/
/*******************晶振11.0592MHz********************************/
#include<
reg52.h>
#include"
1602.h"
typedefunsignedcharU8;
/*definedforunsigned8-bitsintegervariable无符号8位整型*/typedefsignedcharS8;
/*definedforsigned8-bitsintegervariable有符号8位整型*/
typedefunsignedintU16;
/*definedforunsigned16-bitsintegervariable无符号16位整型*/
typedefsignedintS16;
/*definedforsigned16-bitsintegervariable有符号16位整型*/typedefunsignedlongU32;
/*definedforunsigned32-bitsintegervariable无符号32位整型*/typedefsignedlongS32;
/*definedforsigned32-bitsintegervariable有符号32位整型*/typedeffloatF32;
/*singleprecisionfloatingpointvariable（32bits）单精度浮点数32位长度*/typedefdoubleF64;
/*doubleprecisionfloatingpointvariable（64bits）双精度浮点数64位*/
//定时器0的定时值为1mS，即11059/12=922个时钟脉冲，其补为65536-922=64614#defineSYSTEMCLK921600//11059200/12
#defineT0CLK921600//11059200/12
#defineT1CLK921600//11059200/12
#defineT1PERIOD1000000/921600//T1周期时间，以微秒为单位，约为1.085uS#defineTIMER0H0xFC//64614/256=252
#defineTIMER0L0x66//54447%256=102
（2）管脚、常量、变量定义和函数声明
//管脚定义
sbitTrig=P1^3;
sbitEcho=P3^2;
//回波必须接在外部中断引脚上
sbitLedAlarm=P3^6;
//报警灯，低电平亮
sbitBeep=P3^7;
//报警蜂鸣器
//定义标志
volatilebitFlagSucceed=0;
//测量成功标志
volatilebitFlagDisplay=0;
//显示标志
//定义全局变量
U16DisplayCount=0;
U16time=0;
U32distance=0;
//函数声明
voiddelay_20us（）;
voidStart_Module（）;
voidINT0_Init（void）;
voidData_Init（）;
voidTimer0_Init（）;
voidTimer1_Init（）;
（3）各子程序
//20us延时程序，不一定很准
voiddelay_20us（）
{
U16bt;
for（bt=0;
bt<
100;
bt++）;
//8M晶振是100
}
//数据初始化
voidData_Init（）
//外部中断初始化函数
voidINT0_Init（void）
IT0=0;
//负边沿触发中断
EX0=0;
//关闭外部中断
//外部中断处理用做判断回波电平
voidINT0_ISR（void）interrupt0
time=TH1*256+TL1;
//取出定时器的值
FlagSucceed=1;
//置成功测量的标志
//定时器0初始化，16位定时模式，初始化为1ms中断一次。
voidTimer0_Init（）
TMOD=0x11;
//定时器0和1工作在16位方式
TH0=TIMER0H;
TL0=TIMER0L;
TR0=1;
//启动定时器ET0=1;
//允许定时器0中断Trig=0;
distance=0;
DisplayCount=0;
//定时器0中断,用做显示计时
voidTimer0_ISR（void）interrupt1//定时器0中断是1号{
DisplayCount++;
if（DisplayCount>
=1000）//1秒钟显示一次{
FlagDisplay=1;
DisplayCount=0;
//定时器1初始化，16位计数模式，时钟为11059200/12=921600Hz
//60ms计数为55296，即0xD800
voidTimer1_Init（）
}TH1=0;
TL1=0;
ET1=1;
//启动模块，Trig管脚20us正脉冲
voidStart_Module（）
Trig=1;
Trig=0;
/*********************************************************************名称:
Main（）
*功能:
主函数
***********************************************************************/voidmain（）
U16i,j;
EA=0;
INT0_Init（）;
Timer0_Init（）;
//定时器0初始化
Timer1_Init（）;
//定时器1初始化
Data_Init（）;
EA=1;
L1602_init（）;
L1602_string（1,1,"
Welcometomy"
）;
L1602_string（2,1,"
distancemeter!
"
//延时for（i=0;
i<
1000;
i++）//启动模块//启动一次模块delay_20us（）;
for（j=0;
j<
j++）{;
}while
（1）{EA=0;
//以下为一次检测过程：
先发出Trig电平，打开外部中断，清零T1，//最后在外部中断下降沿触发时取出T1当前值，计算出Trig脉冲宽度。
Start_Module（）;
while（Echo==0）;
//等待Echo回波引脚变高电平
FlagSucceed=0;
EX0=1;
TH1=0;
TF1=0;
TR1=1;
//启动定时器1开始计数
while（TH1<
80）;
//盲区TR1=0;
//关闭定时器1EX0=0;
if（FlagSucceed==1）//一次测试成功，则计算距离，单位为厘米{
distance=time*1.085;
//计算得到脉冲时间（以微秒为单位）//将微秒时间转变成厘米距离的算法：
Y米=（X秒*344）/2//X秒=（2*Y米）/344==》X秒=0.0058*Y米==》厘米=微秒/58distance/=58;
//如果距离小于20cm，则声光报警
if（（FlagSucceed==1）&
&
（distance<
20））{LedAlarm=0;
Beep=0;
}else{LedAlarm=1;
Beep=1;
if（FlagDisplay==1）//1秒显示时间到{if（FlagSucceed==0）{
//LCD提示无回波
L1602_string（1,1,"
OutOfRange（0-4m）"
L1602_string（2,1,"
------"
else
//LCD显示数据
DistanceResult:
"
cm"
}}L1602_int（2,5,distance）;
}FlagDisplay=0;
}
3.3显示程序
/*********************************************************************文件名：
液晶1602显示.c
*描述:
该程序实现了对液晶1602的控制。
***********************************************************************/#include"
math.h"
delay（）
延时,延时时间大概为140US。
*输入:
无
*输出:
***********************************************************************/
voiddelay（）
;
inti,j;
for（i=0;
i<
=10;
i++）for（j=0;
j<
=2;
j++）
Convert（ucharIn_Date）
因为电路设计时，P0.0--P0.7接法刚好与资料中的相反，所以设计该函数。
*输入:
1602资料上的值
送到1602的值
***********************************************************************/ucharConvert（ucharIn_Date）
/*
uchari,Out_Date=0,temp=0;
for（i=0;
8;
i++）
temp=（In_Date>
>
i）&
0x01;
Out_Date|=（temp<
<
（7-i））;
returnOut_Date;
*/
returnIn_Date;
enable（uchardel）
1602命令函数
输入的命令值
voidenable（uchardel）
write（uchardel）
1602写数据函数
需要写入1602的数据
voidwrite（uchardel）
P0=Convert（del）;
P0=Convert（del）;
RS=0;
RW=0;
E=0;
delay（）;
E=1;
RS=1;
L1602_init（）*功能:
1602初始化*输入:
************************************
升级会员 