基于单片机的超声波测距系统的设计.doc

基于单片机的超声波测距系统的设计文章摘要：本文介绍了以AT89S52为核心，利用HC-SR04超声波传感器模块精确测距的原理及系统构成，此系统具有性能稳定，操作简单，测度距离精确，测量数据实时显示与自动存储等特点。关键字：AT89S52；超声波；测距；程序设计；数据存储0 引言超声波测距是一种非常典型的非接触测量方法，与激光、红外等测距相比，超声波不易受到外界环境的影响，更适于电磁干扰强、灰尘或烟雾的恶劣环境的测量，在识别透明及反射性差的物体上也更有优势。由于声波在空气中传播速度远较慢，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不易受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。例如，倒车防撞、液面监控、管道测量、箱体位置监控等。1 超声波测距原理及HC-SR04超声波传感器模块的介绍1.1 超声波测距原理超声波测距系统结构超声波测距的基本工作原理是：发射探头发出超声波，在介质中传播遇到障碍物反射后再通过介质返回到接收探头，测出超声波从发射到接收所需的时间，然后根据介质中的声速，就能算得从探头到障碍物的距离。1.2 HC-SR04超声波传感器模块的介绍HC-SR04模块性能稳定，测度距离精确。能和国外的SRF05，SRF02等超声波测距模块相媲美。模块高精度，盲区（2cm）超近，此模块可提供2cm400cm的非接触式距离感测功能，测距精度3mm，近距离精度可达1mm；模块共有四个支线，分别为VCC为5V电源，GND为地线，TRIG为触发控制信号输入，ECHO为回响信号输出。HC-SR04模块基本的工作原理(1) 采用IO口TRIG触发测距，高电平信号至少持续10uS；(2) 模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；(3) 有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速)/2。HC-SR04模块工作时序图以上时序图表明只需提供一个10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40KHz周期电平并检测回拨。一旦检测到有回波信号则输出回想信号。回向信号打脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式:距离=高电平时间*声速/2；测量周期应为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。以下为检测回波程序EA=0;Trig=1;delay_20us();Trig=0; /产生一个20us的脉冲，在Trig引脚 while(Echo=0); /等待Echo回波引脚变高电平succeed_flag=0; /清测量成功标志EX0=1; /打开外部中断TH1=0; /定时器1清零TL1=0; /定时器1清零TF1=0; TR1=1; /启动定时器1EA=1;while(TH1 30);/等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现） TR1=0; /关闭定时器1EX0=0; /关闭外部中断if(succeed_flag=1) distance_data=outcomeH; /测量结果的高8位distance_data=8; /放入16位的高8位distance_data=distance_data|outcomeL;/与低8位合并成为16位结果数据distance_data*=12; /因为定时器默认为12分频distance_data/=58; /微秒的单位除以58等于厘米 /*外部中断0，用做判断回波电平*/INTO_() interrupt 0 / 外部中断是0号 outcomeH =TH1; /取出定时器的值 outcomeL =TL1; /取出定时器的值 succeed_flag=1; /至成功测量的标志 EX0=0; /关闭外部中断 2 测距系统的功能分析本系统主要实现基本的测量功能，并能实时显示测量结果，工作时可以选择精度精度分厘米和毫米，按下读数按键数据暂停更新同时数据自动保存。该系统的主要功能如下：(1) 可以实现测量距离与输入数据进行比较，当测量距离小于输入距离时自动报警；(2) 当测量距离超出范围或数据无效时液晶显示“Error”字样。(3) 在任意时刻可以选择测量单位为厘米或毫米，默认为厘米；(4) 以任意位置为基点测量相对距离并显示测量的相对位置；(5) 读数时数据自动保存，最多可以保存10次测量结果，断电后数据不丢失；(6) 可以随时查看保存的测量结果。3 测距系统的电路设计超声波测距仪包括AT89S52单片机控制部分、温度检测电路、液晶显示部分、采用8*8矩阵键盘输入、外接EEPROM 用于存储数据、HC-SR04作为传感器等。4 测距系统的程序设计初始时，液晶显示“Select Mode”字样，此时按下5 结束语经过反复的设计和修正，本超声波测距仪系统的设计完成了基本的预期目标。由于一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其它液体中，极易被腐蚀、电解、失去灵敏性。利用超声波测量距离可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛的应用。随着计算机技术、自动化技术及机器人技术的不断发展和广泛应用，超声波技术在工业中变得十分重要。而本设