基于nRF24L01的超聲波無線測距系統

張雨露 中國地質大學(北京)信息工程學院

基于nRF24L01的超聲波無線測距系統

張雨露 中國地質大學(北京)信息工程學院

本文介紹基于nRF24L01的超聲波無線測距系統，通過nRF24L01無線傳輸模塊將采集端的距離數據實時發送給主機，實現遠距離的遙測。系統分為從機檢測部分和主機接收顯示報警部分。從機主要負責超聲波的數據測量和處理，通過nRF24L01無線模塊發送給主機。主機負責接收超聲波檢測的距離并在LCD液晶屏上顯示，報警距離的參數設置可通過按鍵完成。當測量距離小于設置距離時，蜂鳴器和發光二極管發出聲光報警。整體設計具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設計簡單以及通信穩定可靠等特點。

nRF24L01 STC89C52 無線測距

1 背景和現狀

隨著科技的迅速發展，無線電的應用越來越白熱化，而無線測距的研究正是如今科技發展的一個新方向，其應用已經滲透到生活的方方面面。在一個無線電儀器上通過對準測量目標發射無線電信號，當信號碰到被測量物體時會發生反射，通過計算信號傳播延遲、頻率、相位差來達到測定兩點間直線距離的方法稱為無線測距。

超聲波波長短，繞射現象小，方向性好，穿透能力強，且碰到雜質或分界面會有顯著的反射現象。這一特性被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像等技術。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而常被用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可通過超聲波來實現。但限于目前技術水平，人們可以具體利用的測距技術還十分有限。因此，這是一個正在蓬勃發展而又具有無限前景的技術及產業領域。展望未來，超聲波測距儀作為一種新型實用的工具在各方面都將有很大的發展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發展。毋庸置疑，未來的超聲波測距儀將與自動化、智能化接軌，與其他測距儀集成和融合，形成多功能測距儀以滿足日益發展的社會需求。

2 設計方案

本系統的設計采用了Nordic公司推出的工作于2.4GHz頻段nRF24L01射頻芯片，并有低功耗單片機STC89C52控制實現短距離無線數據通信。該接口設計具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設計簡單以及通信穩定可靠等特點。

基于nRF24L01超聲波無線測距系統以單片機STC89C52為核心，由主機和從機部分組成。主機主要負責數據接收、處理、顯示以及報警，從機主要是距離數據的采集和傳輸。超聲波無線測距系統以nRF24L01芯片作為無線距離的數據傳輸、收發模塊，發射與接收電路傳輸距離可達100m。nRF24L01具有自動重發、數據包識別及CRC校驗功能，增強型ShockBurstTM模式可同時控制應答及重發功能而無需增加MCU的工作量。超聲波檢測的數據經過單片機分析和處理后，通過nRF24L01無線模塊發送給主機。主機接收到通過nRF24L01無線模塊傳輸的數據，經過單片機處理后在LCD1602液晶屏上顯示。本設計中的報警距離通過主機的三個按鍵進行設置：參數設置鍵，參數加鍵，參數減鍵。長按按鍵可以實現連加和連減功能，更快的完成設置功能。當超聲波的檢測距離小于設置距離時，蜂鳴器和發光二極管發出聲光報警。

按照系統設計功能的要求，確定系統由6個模塊組成：主控制器、按鍵電路、發送電路、無線接收電路、LCD1602液晶顯示電路、聲光報警和電源電路。系統結構框圖如圖所示：

超聲波無線測距系統結構框圖

3 特色與創新點

本設計基于nRF24l01芯片的超聲波測距儀，由超聲波處理模塊HC-SR04組成的超聲波發射電路、數碼管等器件組成，包括單片機系統、超聲波發射電路、超聲波接收電路、單片機復位電路、LED顯示電路。在智能控制方面，采用了單片機STC89C52作為系統控制核心，最大限度的將其具備的資源應用到設計中，既體現了單片機最小系統應用的靈活性，又實現功能多樣的智能控制。設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產生超聲波，實現超聲波的發送與接收，從而實現利用超聲波測量物體間的距離，并以數字的形式顯示測量距離。本系統不僅適用于距離的測量，還適用于水文液位測量和汽車間間距的測量，應用范圍較廣。

本文所設計的超聲波測距系統，其結構簡單、體積小、抗干擾性能好，由于采用了單片機技術為主導的智能化管理，可實現對電表的動態監控，運行穩定可靠，靈敏度高，具有非常高的市場應用價值。在某些特殊場合的應用中，可通過考慮超聲波的入射角、反射角以及超聲波傳播介質的密度、表面光滑度等因素以滿足更高的精度要求。

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