超声波测距仪(液晶屏加报警)设计报告

1、.超声波测距仪设计报告一、 设计要求1、提供 2cm400cm的非接触式距离测量功能，测距精度达到3mm。2、测量结果通过液晶屏实时显示。3、当测量距离小于20cm时，进行声音和灯光报警。二、 超声波测距原理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。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（ time of flight ），也可以称为回波探测法， 如图 1 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

2、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

3、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声速与温度的关系温度() 30 20 100102030100声速 (m/s)313319325323338344349386三、硬件系统设计1、设计框图本研究设计的超声波测距仪框图如图2 所示。US-100超声波收发模块模拟电压信号STC89C52 单片机触发电路中断接收计算距离LCD 距离显示声光报警图 2 超声波测距仪方框图2、US-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

4、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。.图 3 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）

5、/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 2 US-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。图 4 US-100 超声波模块外形图模块共有两个接口，即模式选择跳线和5pin 接口。 模式选择跳线接口设置为当安装上短路帽时为UART（串口）模式，拔掉

6、时为电平触发模式。3、单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52，其管脚如图 5 所示。.图 5 STC89C52 单片机管脚图该芯片为 52 核 8 位单片机，兼容 Intel 等 52 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、.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4、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5、显示电路显示部分采用 SMC 1602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 8 L

8、CD 与单片机接口电路6、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四、 软件编程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。.数据初始化定时器初始化显示初始化进入后台 while 循环超声波测量触发无有回波否？有外部中断子程序计算距离并显示距离小于否20cm否？是声光报警延时 60ms外部中断入口读取定时器当前值置测量成功标志返回(a)主程序流程图

9、 (b) 外部中断流程图图 10 程序流程图2、主程序下面介绍 main.c 主程序编写，其他程序略。(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 #include 1602.htypedef unsigned char U8; /* defined for unsigned 8-bits integer variable无符号8 位整型 */typedef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable有符号 8位整型 */.typedef

10、unsigned intU16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable无符号 16 位整型 */typedef signed int S16; /* defined for signed 16-bits integer variable有符号16 位整型 */typedef unsigned long U32; /* defined for unsigned 32-bits integer variable无符号 32 位整型 */typedef signed longS32; /* defined for signed 32-bit

11、s integer variable有符号 32 位整型 */typedef float F32; /* single precision floating point variable (32bits)单精度浮点数 32 位长度 */typedef double F64; /* double precision floating point variable (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#define SYSTEMCLK 921600/11059200/12#defi

12、ne T0CLK921600/11059200/12#define T1CLK921600/11059200/12#define T1PERIOD1000000/921600 /T1周期时间，以微秒为单位，约为1.085uS#define TIMER0H0xFC/64614/256=252#define TIMER0L0x66/54447%256=102(2) 管脚、常量、变量定义和函数声明/ 管脚定义sbit Trig = P13;sbit Echo = P32;/回波必须接在外部中断引脚上sbit LedAlarm = P36;/报警灯，低电平亮sbit Beep = P37;/报警蜂鸣器

13、/ 定义标志volatile bit FlagSucceed = 0;/测量成功标志volatile bit FlagDisplay = 0;/显示标志/ 定义全局变量U16 DisplayCount=0;U16 time=0;U32 distance=0;/ 函数声明void delay_20us();void Start_Module();void INT0_Init(void);void Data_Init();void Timer0_Init();void Timer1_Init();.(3)各子程序/20us延时程序，不一定很准void delay_20us()U16 bt ;for

14、(bt=0;bt= 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 0xD800void Timer1_Init()TMOD = 0x11;/定时器 0 和 1 工作在 16 位方式TH1 =0;TL1= 0;ET1 = 1;/ 启动模块， Trig 管脚 20us 正脉冲void Start_Module()/启动模块Trig=1;/启动一次模块delay_20us();Trig=0;/* 名称 : Main()* 功能 :

15、 主函数*/void main()U16 i, 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,Welcome to my);L1602_string(2,1,distance meter! );/ 延时for (i=0;i1000;i+)for (j=0;j1000;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

16、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;TL1= 0;TF1= 0;TR1=1;/启动定时器1 开始计数EA=1;while (TH180) ; /盲区TR1 = 0 ;/关闭定时器1EX0 = 0;/关闭外部中断if(FlagSucceed=1) /一次测试成功，则计算距离，单位为厘米distance = time * 1. ;/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=（

17、2*Y 米） /344 = X 秒=0.0058*Y 米 = 厘米 =微秒 /58 distance /=58;/ 如果距离小于 20cm，则声光报警if (FlagSucceed = 1) & (distance 20)LedAlarm = 0;Beep = 0;elseLedAlarm = 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L1602_string(1,1,Dis

18、tance Result:);L1602_string(2,1,cm);L1602_int(2, 5, distance );FlagDisplay = 0;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 1602.h#include math.h/* 名称 : delay()* 功能 : 延时 , 延时时间大概为 140US。* 输入: 无* 输出: 无*/void delay()int i,j;for(i=0; i=10; i+)for(j=0; j=2; j+);./* 名称 : Convert(uchar I

19、n_Date)* 功能 : 因为电路设计时， P0.0-P0.7 接法刚好了资料中的相反，所以设计该函数。* 输入 : 1602 资料上的值* 输出 : 送到 1602 的值*/uchar Convert(uchar In_Date)/*uchar i, Out_Date = 0, temp = 0;for(i=0; i i) & 0x01;Out_Date |= (temp = 0)sign = 0;elsesign = 1;temp = abs(num);baiwei = temp / 100;temp = temp - baiwei*100;shiwei = temp / 10;gewe

20、i = temp - shiwei*10;.num = abs(num);if (num=100)if (sign = 1) /负数L1602_char(hang, lie, -);L1602_char(hang, lie+1, baiwei+48);L1602_char(hang, lie+2, shiwei+48);L1602_char(hang, lie+3, gewei+48);else if (num=10)if (sign = 1)L1602_char(hang, lie+1, -);L1602_char(hang, lie+2, shiwei+48);L1602_char(han

21、g, lie+3, gewei+48);elseif (sign = 1)L1602_char(hang, lie+2, -);L1602_char(hang, lie+3, gewei+48);五、 下载与调试当程序在 uVision 环境下编写完成，并编译生成 .hex 文件后，就可以下载并进行调试了。1、 USB转串口驱动安装打开 USB驱动文件夹下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安装文件，按提示安装 USB转串口驱动程序。安装完成后，插入 USB下载线后，在 开始 - 控制面板 - 打印机和其他硬件 - 设备管理器 ，在“端口”分支下有（ Prolific USB-to-Serial CommPort(COMX)。X 表示串口号，如果没有说明 USB转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的COM口号。.图 11 成功安装 USB转串口驱动示意图2、下载程序打开 STC单片机下载软件文件夹， 点击运行 STC_ISP_V481.exe程序，出现如下界面。图 12 下载软件.正确选择 MCU类型为 STC89C52，COM口（与刚才安装的 COM号一致），最高波特率和最低波特率都选 24