基于單片機(jī)技術(shù)的超聲測距系統(tǒng)設(shè)計

王大清　殷學(xué)麗

摘 要：伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及提升，我國的測距技術(shù)也得到了非常大的發(fā)展和提升。為了有效地提升我國的測量質(zhì)量以及精準(zhǔn)度，本文重點(diǎn)闡述一種新型的超聲測繪技術(shù)。這種超聲測距技術(shù)主要的設(shè)計原理在于單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用。整套超聲測距技術(shù)主要的控制應(yīng)用為單片機(jī)設(shè)備的STC89C52控制器進(jìn)行測距控制，在測距的過程中控制定時器會產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖頻率，從而計算以及分析出發(fā)射，接收兩動作之間的回波接收時間，通過時間數(shù)據(jù)得出具體的測量距離。本文主要針對單片技術(shù)的超聲測距系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析以及闡述，希望通過本文的闡述以及分析能夠有效地提升我國單片機(jī)技術(shù)在我國測距工作中的應(yīng)用，同時也為我國測距工作的提升以及進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；測距；超聲波；語音播報；WTD588D芯片

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在單片機(jī)技術(shù)的超聲測距系統(tǒng)設(shè)計的過程中，超聲波技術(shù)由于有著非常大的優(yōu)勢，因此在超聲測距系統(tǒng)的設(shè)計過程中占有巨大的作用。超聲波的主要優(yōu)點(diǎn)有3個，首先是超聲波有較強(qiáng)的指向性；其次是超聲波具有緩慢的能源消耗，最后是超聲波在介質(zhì)的傳輸中具有較遠(yuǎn)的距離特性。因此超聲波在測距的過程中應(yīng)用非常的廣泛。超聲波測距技術(shù)是一種非接觸式的測距形式，在測距的過程中受到外界光線，顏色的影響較小。超聲波測距技術(shù)相較于其他的測距設(shè)備具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，首先是超聲測距的應(yīng)用能夠減少設(shè)備的維修，其次超聲測距技術(shù)在應(yīng)用的過程中對環(huán)境的污染較小，第三是超聲測距技術(shù)具有非常大的可靠性，最后是超聲測距設(shè)備的使用壽命非常高。在各種惡劣的環(huán)境下都能夠正常的使用，同時還能夠保障測距的質(zhì)量以及精度。目前超聲測距技術(shù)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有機(jī)器人避障行走，汽車倒車?yán)走_(dá)以及建筑工程施工等場合。本文闡述的測距系統(tǒng)技術(shù)能夠在數(shù)據(jù)處理的過程中使用溫度補(bǔ)償?shù)姆绞奖Ｕ蠝y繪質(zhì)量以及 精度。通過cd1602模塊來實(shí)現(xiàn)距離的顯示，通過WTD588D芯片來進(jìn)行語音播報。利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行的超聲測距系統(tǒng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)測量的快速，控制簡單，較低成本，精準(zhǔn)度高等性能要求，這種超聲測距系統(tǒng)的實(shí)際測距范圍在2cm～350cm。

1.超聲測距系統(tǒng)設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

超聲波測距系統(tǒng)在設(shè)計的過程中測距電路采用的是 HC-SR04模塊，使用DS18B20模塊作為溫度傳感器，同時測距系統(tǒng)的控制核心為STV89C52微處理器單片機(jī)。使用共陽數(shù)碼管承擔(dān)顯示的功能。主要的原理在于通過HC-SR04模塊的集成發(fā)射來進(jìn)行超聲波的發(fā)生電路模塊，當(dāng)超聲波發(fā)射模塊遇到障礙的時候會產(chǎn)生相應(yīng)的回波，回波通過接收模塊進(jìn)行信號的接收，通過單片機(jī)來對聲波的傳輸統(tǒng)計回波時間，通過一定的溫度補(bǔ)償，找出相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，播報測量的具體數(shù)據(jù)。具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.超聲測距系統(tǒng)設(shè)計的硬件電路具體設(shè)計

2.1超聲波測距系統(tǒng)的發(fā)射電路設(shè)計

HC-SR04數(shù)字模塊的超聲波內(nèi)部發(fā)射電路基本原理圖如下，發(fā)射電路的主要組成有3個部分，首先是單片機(jī)（Em78p153），其次是MAX232模塊，最后是超聲波T40發(fā)射轉(zhuǎn)換器等組成，如圖2所示。

2.2超聲波測距系統(tǒng)的接收電路設(shè)計

在超聲波測距系統(tǒng)上電之后，系統(tǒng)先進(jìn)行設(shè)備初始化操作，通過對各種變量定時器進(jìn)行一定的初始化，繼而通過單片機(jī)對Trig進(jìn)行20微妙的高電平傳輸，此時Echo正在等待高電平信號的輸入，高電平信號一旦輸入進(jìn)來，即可將定時器開啟，定時器啟動定時操作。

2.3超聲波測距系統(tǒng)的語音播報電路設(shè)計

具體的語音播報電路設(shè)計圖如圖3所示。

2.4超聲波測距系統(tǒng)的顯示電路設(shè)計

超聲波測距系統(tǒng)的顯示電路在設(shè)計的過程中顯示溫度的模塊為LCD1602液晶電路模塊。顯示電路提升驅(qū)動能力主要是由P1來實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動以及LCD輸出 。液晶顯示電路模塊主要是通過P2.7，P2.6來進(jìn)行信號E的顯示，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇以及數(shù)據(jù)命令的選擇，通常有RS來完成，具體的設(shè)計圖如圖4所示。

3.超聲測距系統(tǒng)的軟件具體設(shè)計

3.1主程序的詳細(xì)設(shè)計

下超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計的過程中主程序的設(shè)計主要的動作有3個內(nèi)容，首先是程序的初始化；其次是控制超聲波的具體發(fā)射；最后是進(jìn)行測距數(shù)據(jù)的接收。主程序的設(shè)計單方向的發(fā)射超聲波主要依靠定時中斷子程序來完成，通過外部中斷子程序來完成回波時間的接收，讀取以及計算，通過計算得出測距具體結(jié)果。

測距系統(tǒng)的主程序首先要進(jìn)行的就是對整個系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行初始化。對定時器T0進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，主程序中采用的是十六位的工作模式，將EA位進(jìn)行總中斷設(shè)置，同時要將P0以及P1顯示端口進(jìn)行清零，利用超聲波對子程序進(jìn)行超聲波的脈沖發(fā)射。為了有效的避免發(fā)射器傳輸過程中的接收器直接發(fā)射接觸，我們需要進(jìn)行延遲超聲波發(fā)射，之后才對接收超聲波信號進(jìn)行中斷1。

3.2系統(tǒng)發(fā)生子系統(tǒng)設(shè)計以及接收中斷程序設(shè)計

在系統(tǒng)設(shè)計的過程中，超聲波子程序主要是通過P1.1來實(shí)現(xiàn)發(fā)射作用，P1.1的端口能夠?qū)⒓s兩個超聲波脈沖信號，頻率為40kHz，20μs的脈沖寬度同時接入T0計數(shù)器中，然后開始執(zhí)行計數(shù)操作?？傮w來講超聲波子程序在設(shè)計上較為簡單，但是需要有精準(zhǔn)的運(yùn)行。

超聲波測距儀主程序利用外中斷1檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT1引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計時器溢出時還未檢測到超聲波返回信號，則定時器T0溢出中斷將外中斷1關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。

參考文獻(xiàn)

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