基于US-100超聲波測距儀設計

喻文倩（西南科技大學,四川　綿陽　621010）

基于US-100超聲波測距儀設計

喻文倩
（西南科技大學,四川綿陽621010）

由STM32作為控制器，選用US-100超聲波模塊作為傳感器，利用聲速測量距離。利用TFTLCD顯示屏和上位機作為結果顯示窗口，當測量距離小于150mm時，蜂鳴器報警。

ARM；US-100超聲波測距模塊；聲速測距

1　引言

超聲波指向性強，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的要求。

2　系統總體設計

系統總體設計框圖如圖1，可以看到，超聲波測距主要是由STM 32控制器，TFTLCD顯示屏，上位機作為顯示，US-100超聲波測距模塊作為傳感器。當控制器給傳感器開始工作的信號時，傳感器開始工作，并返回測試的數據，通過TFTLCD顯示屏和上位機顯示測量結果。當測量距離小于150mm時，蜂鳴器報警。

3　硬件設計

3.1STM32F103控制器

STM 32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，其內核是Cortex-M 3。工作頻率可高達72M hz，內置高速64KBSRAM存儲器；外設包512KBFLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、3個SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12位ADC、1個12位DAC、1個SD IO接口、1個FSMC接口以及112個通用IO口。

3.2US-100 超聲波測距模塊接口

US-100超聲波測距模塊可實現2cm～4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4～5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，同時具有GPIO，串口等多種通信方式，內帶看門狗，工作穩定可靠。

將實物與開發板連接如圖2所示：（US-100正面從左向右一次為1-5口）

4　軟件設計

4.1總體軟件設計

測距的過程可以分為三個部分，分別為：控制器資源配置、US-100的時序模擬測量過程及數據處理、顯示及判斷測量距離是否小于150mm。

4.1.1控制器的資源配置

#ifndef__TIMER_H#defi ne__TIMER_H

#include"sys.h"

voidGPIOA1_Init(void);voidGPIOA3_Init(void);

voidTIM 3_Int_Init(u16arr,u16psc);voidTIM 3_PWM_Init(u16arr,u16psc);

voidTIM 5_Cap_Init(u16arr,u16psc);voidTIM 4_Cap_Init(u16arr,u16psc);

#endif

定時器5通道1輸入捕獲配置：

voidGPIOA 1_Init(void)

初始化定時器5TIM 5：

voidTIM 5_Cap_Init(u16arr,u16psc)

中斷分組初始化：

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM 5_IRQn; //TIM 3中斷

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占優先級2級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //從優先級0 級

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設

TIM_ITConfig(TIM 5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//,允許CC1IE捕獲中斷TIM_Cmd(TIM 5,ENABLE); //使能定時器5定時器5中斷服務程序：void TIM 5_IRQHand ler(void)

在主程序中調用定時器：TIM 5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);//以1Mhz的頻率計數

4.1.2US-100的時序模擬測量過程

由TRIG_Send發送高電平，延時20us：

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);

delay_us(20);

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);

根據時間，距離計算公式為distance=times*10e-4*340/2*10e3=times*34/2,

{tem p=TIM 5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;

temp*=65536;//溢出時間總和

temp+=TIM 5CH1_CAPTURE_VAL;//得到總的高電平時間

TIM 5CH 1_CAPTURE_STA=0;//開啟下一次捕獲

distance=temp*0.17;}

4.1.3顯示測量結果，并判斷數據是否小于150mm LCD_ShowNum(140,50,distance,4,16);

delay_ms(2000);

i++;

if(distance＜=150)

{BEEP=1;}//如果距離小于150蜂鳴器報警

if(distance＞150)

{BEEP=0；}//如果距離大于150蜂鳴器關閉

if(i%20==0)

{printf("D istance:%dcm ",distance);}

5　總結

本文重點敘述了如何使用US100制作超聲波測距儀。利用STM 32設計軟件，通過硬件US100實現。從設計過程可以看出該儀器原理簡單、制作方便、成本低。但是當要測量距離較遠的目標時，由于外界環境的干擾，一方面聲波發散而使能量降低，另一方面使分辨力下降，從而使得準確度下降，造成測量數據不準確。所以該設計一般用于近距離的測量。

[1]劉林茂.一種特殊構件粘接缺陷的超聲波檢測[J].無損檢測,2010(01).

[2]鄧大勇.鋼板超聲波檢測基準靈敏度確定的詮釋[J].青海電力,2008(02).

[3]劉金平,胡斌定.大型鋼橋箱型梁超聲波檢測[J].無損探傷,2009(06).

喻文倩（1994—），女，四川成都人，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。