基于單片機(jī)控制的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅紫陽(yáng)，陳 鵬

（成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610059）

隨著近年來(lái)車輛飛速增長(zhǎng)，人們對(duì)車輛的倒車距離測(cè)量也提出了更高的要求。在天氣惡劣的情況下，傳統(tǒng)的測(cè)距手段已不能滿足我們的需求。因此，超聲波測(cè)距的出現(xiàn)解決了這一問(wèn)題，不僅能適應(yīng)各種外界條件且在穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量。本文基于以上理念，要求設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)時(shí)反饋距離信息，且距離過(guò)近會(huì)提示報(bào)警信號(hào)的超聲波測(cè)距控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

本設(shè)計(jì)以STC89C52作為中心器件，以及電容、電阻、晶振等元器件，組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其他功能模塊也是以單片機(jī)最小系統(tǒng)為中心來(lái)開(kāi)展。其中包含：（1）超聲波模塊HCSR04，通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送以及接收，最終來(lái)完成距離的測(cè)量；（2）顯示模塊，應(yīng)用LCD1602作為顯示模塊，擔(dān)任把測(cè)量到的數(shù)值顯示出來(lái)的任務(wù)；（3）按鍵模塊，主要是完成報(bào)警值的設(shè)置；（4）聲光報(bào)警模塊，如果測(cè)量值小于設(shè)定值，就會(huì)聲光報(bào)警；（5）電源模塊，運(yùn)用5V的電源進(jìn)行供電。

圖1 超聲波測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）超聲波傳感器：HC-SR04超聲波傳感器模塊可用于各種外界條件的檢測(cè)。其具有兩個(gè)探頭，一個(gè)用于發(fā)射超聲波，一個(gè)用于接收超聲波。在發(fā)射過(guò)程中如遇見(jiàn)障礙物則會(huì)反饋回超聲波信號(hào)。

（2）顯示模塊：LCD1602液晶顯示模塊，通過(guò)液晶實(shí)現(xiàn)將所測(cè)量的距離信息顯示出來(lái)，方便人們實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的工作情況。

（3）按鍵模塊：通過(guò)三個(gè)獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)“設(shè)定報(bào)警距離”、“加1”、“減1”的設(shè)置。

（4）聲光報(bào)警模塊：應(yīng)用蜂鳴器和發(fā)光二極管（LED）實(shí)現(xiàn)如果所測(cè)距離小于所設(shè)置的報(bào)警值則會(huì)發(fā)聲發(fā)光，以提示用戶距離過(guò)近。

（5）電源模塊：本設(shè)計(jì)的STC89C52單片機(jī)，需要5V的供電電壓。我們可以使用USB接口、移動(dòng)電源等來(lái)進(jìn)行供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體流程

本設(shè)計(jì)的主控單元是STC89C52單片機(jī)，在主程序中，首先執(zhí)行初始液晶顯示器的和定時(shí)器的動(dòng)作，并且液晶顯示的初始化包括執(zhí)行的初始化和顯示器的內(nèi)容的初始化，然后進(jìn)入無(wú)限循環(huán)顯示的過(guò)程。進(jìn)入環(huán)路的第一項(xiàng)任務(wù)是啟動(dòng)超聲波模塊并通過(guò)LCD1602顯示測(cè)量距離。接著判斷該測(cè)得的距離是否小于設(shè)置的值，假如是小于的話，就會(huì)發(fā)生聲光報(bào)警。完成第一項(xiàng)任務(wù)后就開(kāi)始了按鍵的掃描，此時(shí)會(huì)判別是否按鍵有動(dòng)作發(fā)生，假如有按鍵被按下的話，就會(huì)進(jìn)行設(shè)定報(bào)警值的動(dòng)作。至此，完成了一次循環(huán)的過(guò)程，之后反復(fù)開(kāi)始任務(wù)并不斷如此循環(huán)。

3.2 LCD1602顯示流程

液晶開(kāi)始顯示之前，必須先確定一個(gè)位置，表示要在哪個(gè)地方顯示，比如第1行第5列的位置。在完成坐標(biāo)定位之后就可以開(kāi)始顯示內(nèi)容了。液晶在顯示的時(shí)候，是一位一位完成的。顯示字符串的話，也是一樣的道理。要說(shuō)明的是，每次顯示一串字符或一個(gè)數(shù)字的時(shí)候，只需在最開(kāi)始的時(shí)候完成一次定位，之后每顯示完一個(gè)字符，液晶會(huì)自動(dòng)跳到下一個(gè)位置的，無(wú)需每個(gè)字符都定位一次。

3.3 HC-SR04超聲波模塊使用流程

首先由單片機(jī)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過(guò)Trig引腳再發(fā)送給超聲波模塊，超聲波模塊收到這個(gè)信號(hào)后啟動(dòng)測(cè)距，此時(shí)程序檢測(cè)Echo返回高電平，該引腳低電平表示正在測(cè)距，低電平轉(zhuǎn)高電平表示測(cè)距完成。在收到超聲波模塊Echo引腳的低電平轉(zhuǎn)高電平信號(hào)之后，啟用定時(shí)器，計(jì)時(shí)Echo引腳輸出的高電平的持續(xù)時(shí)間，然后關(guān)閉定時(shí)器。此高電平持續(xù)的時(shí)間，即超聲波往復(fù)的時(shí)間。只要根據(jù)公式：，由于來(lái)回運(yùn)行，計(jì)算出的距離除以2即為最終檢測(cè)距離。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文論述了利用超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的原理、硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)，利用微控制器的運(yùn)算以及控制功能，開(kāi)發(fā)出一種便捷適用的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備速度快，精度高，易于實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)可有效提升智能化時(shí)代下人們的生活品質(zhì)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲波的使用將越來(lái)越寬泛，這是一個(gè)爆炸性增長(zhǎng)的技術(shù)和行業(yè)領(lǐng)域，并提供無(wú)限的前景。