基于單片機(jī)超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)

宋艷芳 鹿傳架 柳娜

摘要：隨著技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波技術(shù)測(cè)量距離將會(huì)變的十分重要。本文設(shè)計(jì)是基于51系列單片機(jī)系統(tǒng)，以超聲波傳感器來測(cè)量系統(tǒng)到前后方物體的距離，然后根據(jù)超聲波傳感器反射回來的信息分析出結(jié)果，并做出處理，并將處理后的數(shù)據(jù)在 LED 屏上顯示出來。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);超聲波;測(cè)距

隨著我國的科技水平的上升，超聲波測(cè)量技術(shù)被廣泛的推廣，應(yīng)用在各種測(cè)量距離的領(lǐng)域中。由于自身優(yōu)點(diǎn)比如：抗干擾性強(qiáng)、反射性好、方向性強(qiáng)等，人們慢慢當(dāng)作成一種測(cè)量識(shí)別的手段。物體到障礙物的距離是由超聲波測(cè)距傳感器的兩探頭之間的接受和發(fā)射工作時(shí)的相差的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算的，超聲波傳播速度與在特定的范圍內(nèi)與頻率無關(guān)，與被測(cè)目標(biāo)也沒有關(guān)系。該文在已有的理論知識(shí)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種測(cè)距儀使用超聲波技術(shù)并利用單片機(jī)技術(shù)作為核心進(jìn)行一定范圍內(nèi)的距離實(shí)測(cè)。該系統(tǒng)測(cè)量距離的方法是采用測(cè)量距離的模塊 HC-SR04使得系統(tǒng)與物體之間不接觸的手段實(shí)現(xiàn)的，并且以 STC89C51單片機(jī)作為限制 HC-SR04發(fā)射的脈沖來測(cè)量距離的核心。對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)和工業(yè)等方面都應(yīng)用廣泛。

1.????? 電路總體方案設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距系統(tǒng)是由被測(cè)的物體從超聲波發(fā)射電路接收到發(fā)射出的超聲波，然后發(fā)射回來的超聲波被接收電路接收，超聲波在物體與測(cè)量儀之間的傳播時(shí)間是由單片機(jī)中的定時(shí)器進(jìn)行計(jì)算和記錄的。因此，被測(cè)的物體與測(cè)距儀間的距離是通過單片機(jī)的函數(shù)運(yùn)算功能得出的。

2.????? 硬件設(shè)計(jì)

2.1?? 發(fā)射電路與接收電路

本次設(shè)計(jì)的內(nèi)電路是由單片機(jī)的作用產(chǎn)生的，并且由于將具有優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性的晶體振蕩器用作系統(tǒng)時(shí)鐘，因此穩(wěn)定性非常高。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)信號(hào)也相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)程序的編制不同時(shí)，就可以獲得的輸出頻率不同。電路在不同強(qiáng)度值下，可以作為判斷物體的基礎(chǔ)，所以要想設(shè)計(jì)的成功選起點(diǎn)是必須要做到十分精確的。當(dāng)距離小于設(shè)定值時(shí)報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)示波器時(shí)，單片機(jī)開始在內(nèi)部運(yùn)行程序。

2.2?? 顯示電路

顯示電路中采用8155芯片用來給單片機(jī)做擴(kuò)展。其中用來顯示二極管亮度程度的端口選用PA 端口，用來控制發(fā)光二極管的端口采用 PC 端，除此之外，還要有一個(gè)雙極的發(fā)光二極管。驅(qū)動(dòng)電流較大，并且使用六向反作用驅(qū)動(dòng)器74LS06來提高驅(qū)動(dòng)能力。

2.3?? 報(bào)警電路

在整個(gè)系統(tǒng)中的報(bào)警部分是由運(yùn)算放大器和喇叭，LED 燈組成。電阻的阻值分別為1千歐的和10千歐的兩種，運(yùn)算放大器是采用型號(hào)為 F007的芯片，并且在電路中采用負(fù)反饋的方式連接，也就是反比例運(yùn)算放大電路。

2.4?? 系統(tǒng)復(fù)位電路

對(duì)于上電復(fù)位電路，它必須位于每臺(tái)單芯片計(jì)算機(jī)中。用于初始化微控制器，等效于再次打開單片機(jī)電源。除正常的初始操作外，由于操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)鎖定。增加此模塊的 RST 可使您從當(dāng)前狀態(tài)恢復(fù)。如果程序運(yùn)行不正確，則可以使用相同的方法。

2.5?? 晶振電路

如果要想系統(tǒng)電路的工作不出現(xiàn)問題，必須要有晶振電路才能保證系統(tǒng)無故障運(yùn)作。若沒有晶振電路或者晶振電路損壞，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)故障，故而系統(tǒng)不正常。它由兩個(gè)晶體振蕩器和陶瓷電容器組成，并且晶體振蕩器和陶瓷電容器不是正值或負(fù)值，一定要將兩瓷片電容的那段接地。

2.6?? LED 數(shù)碼管顯示電路

該電路的顯示模塊由4位7段 LED 數(shù)字管組成，用來顯示測(cè)得的電壓值。它是一個(gè)公共陽極數(shù)字管，數(shù)碼管的 a，b，c，d，e，f，g 端接到 dp 端子上，把信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)，由 P1端口把收到信息轉(zhuǎn)而處理成顯示代碼。以接收由單片機(jī)的 P1端口生成的顯示段代碼。 S1，S2，S3，S4引腳端是位選擇端，用于接收在單片機(jī)的 P2端口上生成的位選擇代碼。

2.7?? 蜂鳴器和LED 報(bào)警

蜂鳴器的工作電壓信號(hào)比平常的電壓信號(hào)高，若要使蜂鳴器工作就要與電壓放大器相接。故采用 PNP 型的三極管。LED電路由發(fā)光二極管和電阻組成，LED 通常工作在5ma 至20ma 之間，因此選擇1千歐電阻來限制電流。

2.8?? 按鍵設(shè)置電路

單片機(jī)鍵盤有兩種類型：獨(dú)立鍵盤和矩陣鍵盤。獨(dú)立鍵盤就是與其他元件都不相連，按鍵的兩端一端連接在單片機(jī)的 I/O 端口，另一端接地，獨(dú)立鍵盤的連接簡單明了，并且穩(wěn)定。矩陣鍵盤相對(duì)于獨(dú)立鍵盤來說連接復(fù)雜，易出錯(cuò)。根據(jù)兩鍵盤的特點(diǎn)，要滿足要求故選擇獨(dú)立鍵盤。

3.????? 結(jié)論

通過系統(tǒng)硬件調(diào)試：系統(tǒng)中各個(gè)電路通過焊接方式連接在一塊后，首先檢測(cè)每個(gè)模塊是否在安裝的過程中損壞。單片機(jī)的每個(gè)引腳與模塊之間是不是安裝正確，如果相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸引腳沒有完成合理的接通，那么在后期軟件邏輯處理的時(shí)候不能得到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)值，那么對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的軟件錯(cuò)誤排查就不能方便快速的找到對(duì)應(yīng)的問題，然后檢查設(shè)備的規(guī)格和極性是否有錯(cuò)誤。在以上都完好的情況下，在檢查電源與設(shè)備連接有沒有短路。通過測(cè)試，驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)較合理，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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