超聲波測距系統(tǒng)

【摘要】本文介紹了一款基于一種基于STC89C52RC單片機的超聲波測距系統(tǒng)，該系統(tǒng)由單片機控制模塊，測距模塊，顯示模塊、報警模塊四大部分構成，能夠實現(xiàn)測距，顯示，報警等功能。

【關鍵詞】單片機;超聲波;測距

1.引言

隨著社會的發(fā)展，機動車的數(shù)量日益增長，由于駕駛員的技術和對障礙物遠近的主觀判斷失誤引起的交通事故占很大的比例，所以倒車雷達的作用越來越重要，研究倒車雷達也是現(xiàn)在比較熱門的一項技術，而倒車雷達中最重要的指標是測距的精度。本文所設計的超聲波測距系統(tǒng)采用的是以STC89C52RC單片機為主控的超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)，當車子進入警戒區(qū)域時，能夠實時的報警提醒駕駛員，提高駕駛的安全性。

2.超聲波測距系統(tǒng)設計

超聲波測距系統(tǒng)主要由單片機控制模塊、超聲波測距收發(fā)模塊、LCD顯示模塊、報警模塊組成，能夠測量（2cm～4m）范圍內的障礙物，超聲波測距系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 超聲波測距系統(tǒng)框圖

工作時，NE555芯片產(chǎn)生40kHz頻率供給超聲波測距接收模塊，然后由主控模塊單片機STC89C52RC芯片對數(shù)據(jù)進行分析處理計算出具體的距離，并傳送到LCD12864液晶屏顯示測量的結果，共同組成一個倒車雷達系統(tǒng)。

2.1 單片機控制模塊的設計

STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器，它在經(jīng)典的MCS-51內核做了很多改進，芯片內部具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。具有傳統(tǒng)的51單片機所不具備的功能。

單片機控制模塊是一個單片機最小系統(tǒng)，由電源電路、時鐘電路和復位電路組成。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2所示：

圖2 單片機最小系統(tǒng)電路

2.2 超聲波發(fā)射模塊

當超聲波利用聲波的傳送來測量距離時，需要一個40KHz的頻率，來使超聲波測距工作。40KHz的頻率可以用單片機產(chǎn)生，也可以用NE555產(chǎn)生。NE555產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定控制方便。如圖3所示，當SW1開關撥到VCC端時，NE555連續(xù)發(fā)射頻率;當接到KZ端時，由單片機來控制是否發(fā)射頻率，RST為高電平時發(fā)射，低電平時不發(fā)射。40KHZ_SEND將產(chǎn)生占空比約為1：2的40kHz的頻率，40KHZ_SEND接到超聲波測距收發(fā)模塊。

圖3 超聲波發(fā)射模塊

2.3 超聲波接收模塊

集成電路芯片CX20106A是一款專用于檢波接收的，可以對超聲波信號進行放大、限幅、帶通濾波、峰值檢波、整形、比較等功能，具有很強的靈敏性和抗干擾能力。當CX20106A接收到40kHZ的信號時，會在芯片第7腳產(chǎn)生一個低電平下降沿脈沖，這個信號可以接到單片機的外部中斷引腳，作為中斷信號輸入，也可以利用它制作超聲波接收電路。超聲波接收模塊如圖4所示。

圖4 超聲波接收模塊

2.4 顯示模塊

顯示模塊選用的是性價比較高，編程比較容易的LCD12864液晶模塊。它具有多種串行和并行多種接口模式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣液晶顯示模塊;顯示分辨率為128×64，可顯示8×4 行16×16 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示。

3.軟件設計

超聲波測距的原理為超聲波發(fā)生器T在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器R所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器反射物體的距離。距離的計算公式為：

d=s/2=（c×t）/2

其中，d為被測物與測距儀的距離，s為聲波的來回的路程，c為聲速，t為聲波來回所用的時間。

在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內部的定時器T0，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當收到超聲波反射波時，接收電路輸出端產(chǎn)生一個負跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機響應外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷服務子程序，讀取時間差，計算距離，顯示結果，和給定的警戒距離進行比對，如果小于警戒距離開始報警。超聲波測距系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

圖5 超聲波測距系統(tǒng)流程圖

4.結束語

經(jīng)過實驗測試，在4米之內，角度小于15°的情況下，超聲波測距系統(tǒng)的顯示結果相對比較準確，但不足之處是當距離比較遠，角度比較大時，超聲波測距系統(tǒng)的顯示結果誤差還是挺大的，還需要繼續(xù)改進。

參考文獻

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