基于單片機(jī)的超聲波測距報(bào)警器軟件算法設(shè)計(jì)

劉曉萌

摘 要 超聲波測距報(bào)警器由硬件電路部分和軟件程序部分組成。本文設(shè)計(jì)了報(bào)警器整體框架、數(shù)碼管顯示數(shù)字功能，蜂鳴器功能和按鍵功能的軟件算法，為下一步硬件電路與軟件系統(tǒng)的集成開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 超聲測距報(bào)警；算法設(shè)計(jì)；單片機(jī)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）16-0149-02

電子技術(shù)越來越滲透到了車輛的導(dǎo)航及安全出行的方方面面，電子技術(shù)的優(yōu)秀程度與汽車的受歡迎度、安全度、舒適度、銷量等密切相關(guān)。

在汽車行駛時(shí)，通過肉眼難以準(zhǔn)確知道準(zhǔn)確距離，可以借助電子設(shè)備把間隔立刻告訴駕駛員，危險(xiǎn)情況下，則會(huì)報(bào)警提示駕駛員，從而減少交通事故發(fā)生。因此，汽車的測距報(bào)警技術(shù)得到了越來越廣泛的關(guān)注[1-3]。

本文在由單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和按鍵電路等組成超聲波測距報(bào)警器硬件電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了數(shù)碼管顯示數(shù)字功能，蜂鳴器功能和按鍵功能的軟件算法，為下一步系統(tǒng)的集成開發(fā)奠定了

基礎(chǔ)。

1 超聲波測距原理

超聲波傳感器測距方法多樣，傳統(tǒng)方法是采用的傳感器獲取物理信號(hào)，在此基礎(chǔ)上通過定時(shí)控制電路、觸發(fā)邏輯電路、放大檢波電路及數(shù)據(jù)處理電路，把測得的信號(hào)轉(zhuǎn)換為和距離相關(guān)的信號(hào)，即時(shí)鐘脈沖對發(fā)送和接受的延遲計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值與每個(gè)脈沖周期時(shí)間的乘集就是所求時(shí)間。

2 系統(tǒng)硬件組成

基于單片機(jī)的超聲波測距報(bào)警器的硬件電路主要是由單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和按鍵電路等組成[4]。

單片機(jī)于20世紀(jì)70年代開始問世，現(xiàn)已普遍被工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測與控制、智能儀器儀表、機(jī)電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各方面廣泛使用，滲透在我們生活的方方面面。世界上有很多知名廠家推出各種機(jī)型，以目前使用廣泛的STC89C51單片機(jī)為例，它是一種可編程可清除的只讀存儲(chǔ)器微處理器，引腳有40個(gè)，可以在線編程，所需電壓低、性能相比較高，簡單快捷，價(jià)格不貴，燒錄簡單，使用串口直接

下載。

超聲波傳感器形式多種多樣，其主要結(jié)構(gòu)是：壓電鏡片、吸收塊（即阻尼）、引線、保護(hù)膜、金屬外殼。壓電晶片的兩面都鍍上銀，外形是圓薄型。超聲波頻率與壓電晶片的厚度成正比，極板用導(dǎo)線

引出。

顯示電路為“8”字型數(shù)碼管，有共陰極和共陽極兩種極性，總共有8段，對應(yīng)了8個(gè)發(fā)光二極管。一般情況下共陰極的數(shù)碼管所有陰極連接在一起，并接地。給數(shù)碼管的某發(fā)光二極管陽極接上高電平，發(fā)光二極管就會(huì)被點(diǎn)亮。想要得到不同的數(shù)字顯示，需要顯示不同的發(fā)光二極管來進(jìn)行組合顯示，即對LED數(shù)碼管提供代碼編程。

蜂鳴器常用的有TMB12A05（即有源電磁式蜂鳴器），其額定電壓1.5V，聲壓電平>=80db，該蜂鳴器在所設(shè)置安全距離內(nèi)（包括設(shè)定的值）會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)增加一發(fā)光二極管，提示使用者注意。電源通電后，蜂鳴器在內(nèi)部線圈和磁鐵作用下振動(dòng)膜片，產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)出聲音。由于蜂鳴器工作時(shí)需要的電流單片機(jī)I/O口不能滿足要求（過?。?，故而得設(shè)置一個(gè)PNP三極管放大驅(qū)動(dòng)它，即電流放大電路。

按鍵電路的任務(wù)有3個(gè)方面：首先，起步要判斷有沒有按鍵按下，如果有的話，就進(jìn)行下一步；其次，判斷哪一個(gè)按下，求出其值；最后，根據(jù)上一步的結(jié)果，可找出相對應(yīng)的程序處理入口。常見的非編碼鍵盤有

兩種：

1）獨(dú)立鍵盤，具有一鍵一線，每個(gè)按鍵均獨(dú)立的特點(diǎn)，該按鍵電路簡單，編寫起來也簡單。

2）矩陣式鍵盤，也可叫行列式鍵盤，我們經(jīng)常將其用于按鍵需求較多的情況下。它是由行線和列線構(gòu)成的，接的方法也復(fù)雜，編程也比前者的復(fù)雜，不過優(yōu)點(diǎn)是在同樣的按鍵數(shù)目下，這種接法占的

I/O少。

3 報(bào)警器軟件算法設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的超聲波測距報(bào)警器軟件算法設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)（即整體框架設(shè)計(jì)）、數(shù)碼管顯示數(shù)字子程序設(shè)計(jì)、蜂鳴器工作子程序和按鍵子程序設(shè)計(jì)。

主程序的關(guān)鍵在于測得的距離數(shù)字，使其顯示在數(shù)碼管。在接收到超聲波測距模塊求得的間距后，設(shè)置一系列代碼處理好這個(gè)值。又通過按鍵設(shè)置好額定距離，如若測得的數(shù)超過預(yù)定值，就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器，使蜂鳴器報(bào)警提示。主程序流程圖如圖1所示。

在超聲波測距器進(jìn)行了測量后，結(jié)果由單片機(jī)進(jìn)行一系列處理后，把結(jié)果返回給數(shù)碼管，使數(shù)碼管將結(jié)果展示出來。這是數(shù)碼管顯示程序所應(yīng)該處理的目的。

對于蜂鳴器功能，開始會(huì)設(shè)定一個(gè)額定值，為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，在所得到的間距低于這個(gè)額定的數(shù)值時(shí)，就要使蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，提醒我們注意。

按鍵的功能是為了方便我們調(diào)節(jié)設(shè)置額定報(bào)警距離，通過按鍵進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，再通過另外兩個(gè)鍵盤把設(shè)定值增大或者減少，再次按就會(huì)退出設(shè)置。相應(yīng)的報(bào)警時(shí)機(jī)依然和設(shè)定的值一樣。

4 結(jié)論

基于單片機(jī)的超聲波測距報(bào)警器的硬件電路主要是由單片機(jī)電路、發(fā)射電路、接收電路、顯示電路和按鍵電路組成。本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了主程序、數(shù)碼管顯示數(shù)字子程序、蜂鳴器工作子程序和按鍵子程序算法。為下一步，系統(tǒng)硬件與軟件的聯(lián)合開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳立珍，曾迎生.基于AT89C52單片機(jī)多超聲信號(hào)融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（11）：86-89.

[2]朱利娜.基于單片機(jī)的超聲測距倒車?yán)走_(dá)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（23）：110-111.

[3]劉清平.基于單片機(jī)的超聲波測距儀的設(shè)計(jì)[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，26（3）：40-43.

[4]柴政，凌云.基于單片機(jī)的超聲波測距設(shè)計(jì)與研究[J].科技信息，2007（26）：193-194.endprint