基于單片機的超聲波測距報警系統的設計

李杰

摘要：此系統主要是由單片機以及其他外部電路構成了硬件部分，程序組成了軟件部分。通過超聲波的發射和接收，將信號傳到到單片機。經過信號數據收集分析、計算和處理，傳輸至顯示器。如果測量距離小于設定值，則及時通過報警模塊發出報警信號。經過測試，該系統誤差小，靈敏度高，能夠實現相應功能，可以有效降低倒車事故的發生率，提高其安全性能。

關鍵詞：超聲波；測距；單片機

中圖分類號：TP274+53 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0007-02

超聲波測距報警，是一種不直接接觸性的檢測手段。向外界周圍發射的超聲波信號，是通過發射器來完成的。利用超聲波在傳播過程中，從發射到接收所用的時間，從而計算得到障礙物的具體距離。控制器通過系統分析和處理，提前設定好安全距離，如果小于此安全距離，由報警裝置報警。

1 總體設計方案

此設計由電源，單片機，超聲波傳感器，顯示器，按鍵，報警系統組成。通過超聲波的發射和接收，將信號傳到主控制器模塊。經過數據收集、計算和處理，傳輸至顯示器顯示，如果測量距離小于設定值，則通過報警模塊發出報警信號。系統框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 HC-SR04超聲波測距模塊

采用非直接接觸的測距方式，可測距離最少為2～300cm遠，測量精度可達到3.0mm。該測距模塊包括了超聲波發射器、接收器與控制電路三部分[2]。基本工作原理如下：

（1）采用I/O口TRIG觸發的測距方法，提供最少10μs的高電平電信號；

（2）8個自行發送的方形波大小為40KHz，通過該模塊發送，自動檢測返回的信號；

（3）當有信號返回來時，則證明給與的電平為高電平，超聲波通過I/O口ECHO，從發射到返回時所使用的時間，即為持續的高電平時間[3]。

如圖2所示為超聲波電路圖。該電路由4個端口組成，端口功能分別為：端口1為接地端，端口2為數據接收端，端口3為數據發送端，端口4接電源。

2.2 蜂鳴器報警模塊

用一個蜂鳴器和三極管、電阻接到單片機的P1.3引腳上，構成聲音報警電路，如圖3所示為聲音報警電路。通過給單片機P1.3引腳輸出一個電平信號，當輸出信號為低電平時，蜂鳴器報警；當輸出信號為高電平時，蜂鳴器不報警。

2.3 顯示模塊

該模塊由4個數碼管連接而成。用來直觀的顯示測量到的實際距離，可以為駕駛者實時顯示測量到的數據，讓人一目了然。

3 軟件設計

主程序工作流程圖（見圖4）。

在開始狀態下，系統處于初始化，通過按鍵設置，先設置好安全距離，汽車防撞設計通過發射超聲波測距，先判斷測量值是否小于設定值。如果小于設定值，則系統報警，接著顯示距離；如若大于設定值，則直接顯示距離。然后返回繼續執行距離測量。

4 結語

以墻為參照物，通過按鍵設置下限報警距離為0.50m。所得到的實驗數據與實驗結果分別如表1、表2所示。

由于裝置與參照物的角度等因素的存在，所以導致誤差的產生，但該誤差都在允許的誤差范圍之內。

經過實驗數據和實驗結果分析，該系統靈敏度高，存在一定的誤差，但都在誤差范圍之內，能夠實現其相應功能，達到設計要求，完成了設計任務。

該設計將會減少和降低汽車倒車過程中所帶的危險和威脅，為自己和身邊的人多提供了一份保障與信賴。在科技高速發展的今天，超聲波測距在汽車防撞報警系統中的應用相信在不久的將來，將會變得更加智能化和先進化，更多和更加人性的服務，或許都將在它的身上有所升級和應用。

參考文獻

[1]杜永峰.基于單片機的紅外報警系統[J].電子世界，2014，（7）：41-42.

[2]尹克，高明煜，陳吉鋒.車載可視倒車裝置的設計與實現[J].杭州電子科技大學學報，2007，27（4）：1-4.

[3]楊玉振.遙操作機器人平臺研究[D].濟南大學，2014.