基于STM32F103控制的

蔣鵬 張春艷 朱芙菁

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714059

摘要：本項目采用了高性能單片機STM32作為控制單元，多個超聲波測距模塊構成的測量單元，可以對多個方向進行測量，并且測量單元和控制單元通過無線通信進行信息交換，擺脫了線路的束縛。

關鍵詞：STM32；超聲波測距；無線通信

超聲波測距主要應用于倒車提醒、行動機器人、工業現場等的距離測量。常見的超聲波測距儀將測距模塊、控制單元及報警電路設計成一個整體，僅具有測量和報警功能，如倒車雷達，或者將測距模塊通過線路與控制、顯示、報警模塊相連，如帶顯示功能的倒車雷達。隨著技術的發展，普通的超聲波測距儀已經跟不上時代的進步了，如以上兩種超聲波測距雷達都有很大的局限性。基于此，我們計劃設計基于STM32F103控制的——多路無線通信超聲波測距儀。

1 項目硬件構成

該項目的硬件部分由單片機控制模塊、顯示模塊、無線通信模塊、波測距模塊四大部分組成，系統框圖如圖1所示。

控制模塊選用的是STM32系列的STM32F103型單片機，它具有高性能、低成本、低功耗等特點，并且時鐘頻率達到了72MHz，具有較快的運行速度。顯示模塊采用了4.3寸的TFTLCD顯示器，其色彩豐富，亮度高，支持中英文顯示并且可自定義字體及大小。無線通信模塊則選擇了NRF24L01，NRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發器芯片，采用FSK 調制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst協議。可以實現點對點或是1對6的無線通信，無線通信速度最高可達到2Mbps，NRF24L01采用SPI通信。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置，幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳送工作。測距模塊采用的是HYSRF05超聲波模塊，HYSRF05超聲波模塊可提供2cm～450cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達3mm，模塊包括超聲波發射器、接收器和控制電路。

本項目中由單片機控制模塊、TFTLCD顯示模塊、無線通信模塊構成了顯示單元，這個部分是整個系統的核心所在，STM32F103對從NRF24L01接收到的距離數據進行處理，并實時顯示在TFTLCD顯示屏上。測量單元由單片機控制模塊、信息采集模塊、無線通信模塊構成。本項目中可以具有多個測量單元，測量單元實時將超聲波模塊測量到的距離數據通過無線通信模塊傳遞給顯示單元，經過數據處理后將不同通道的數據分別顯示在屏幕上。

2 超聲波模塊接口設計及工作原理

超聲波模塊的回響信號輸出端Echo與PC14相連；觸發控制、信號輸入端Echo與PC15相連。

HYSRF05超聲波測距模塊基本工作原理：當單片機至少給Trig10us以上的高電平時觸發模塊開始測距，模塊自動發送8個40KHz的方波，并自動潔廁是否有信號返回，當有信號返回時，通過Echo輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。超聲波模塊的工作時序如圖2所示。

3 軟件設計

測量單元程序流程圖如圖3a所示，測量單元主要功能就是每隔一段時間利用超聲波測距模塊進行測距，并通過NRF24L01將測量結果返回給顯示單元。本段程序的關鍵在于得到測量結果，通過圖4的回響信號可以看出高電平持續的時間就是聲波一個往返所用時間，因此在模塊自動發送8個40KHz的方波后檢測到回響信號產生高電平時啟動定時器，當回響信號出現下降沿時停止計時，讀取定時器的計數值得到聲波的往返時間，通過公式就可以計算出測量距離。測量距離的計算公式為：距離=（高電平時間*340M/S）/2。

顯示單元程序流程圖如圖3b所示。在本項目中，顯示單元最多連接六個測量單元，利用NRF24L01的六個通道分別接收六個測量單元發送的測量信息，并在TFTLCD屏顯示。

參考文獻：

[1]譚浩強.C程序設計（第二版）.清華大學出版社，1999，12.

[2]武奇生.基于ARM的單片機應用及實踐·STM32案例式教學.機械工業出版社，2014，6.