基于單片機的超聲波報警系統設計

曾勇

【摘 要】STC89C52是STC系列單片機里應用比較廣泛的一款，在自動化控制領域里享有很高的價值，以其易用性和多功能性受到了廣大電子設計愛好者的好評。本次設計的超聲波報警系統主要是圍繞STC89C52單片機、超聲波傳感器來完成測距報警系統的制作，以STC89C52為主控芯片，利用超聲波對距離的檢測，將與前方物體的距離探測出來，然后由STC89C52單片機處理運算，并與預先設定的報警距離值進行比較判斷，當測得距離小于設定值時，STC89C52發出指令控制蜂鳴器報警。

【關鍵詞】超聲波傳感器；STC89C5

由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，較其它儀器更衛生，同時也更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環境，具有少維護、不污染、高可靠、長壽命等特點。因此可廣泛應用于紙業、礦業、電廠、化工業、水處理廠、污水處理廠、農業用水、環保檢測、食品（酒業、飲料業、添加劑、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業中。可在不同環境中進行距離準確度在線標定，可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制，可進行差值設定，直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此，超聲測距在特殊環境下有較廣泛的應用。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于實現實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的指標要求，因此為了使移動機器人能夠自動躲避障礙物行走，就必須裝備測距系統，以使其及時獲取距障礙物的位置信息（距離以及方向）。所以，超聲波測距在移動機器人的研究上得到了廣泛的應用。同時由于超聲波測距系統具有以上的這些優點，在汽車倒車雷達的研制方面也得到了廣泛的應用。

1 設計方案

本超聲波報警系統采用STC89C52單片機作為核心控制單元。硬件電路結構由單片機最小系統、超聲波傳感器、蜂鳴器、1602液晶顯示器等組成。軟件劃分為主程序和數據采集、按鍵控制、液晶顯示、報警等子程序。正常情況下，將測量的距離在1602顯示器顯示出來。當測得的距離小于設定距離時，主控芯片將測得的數值與設定值進行比較處理，然后控制蜂鳴器報警。

2 系統硬件電路圖

硬件電路設計如圖1所示，由STC89C52、超聲波傳感器、按鍵、液晶顯示器、蜂鳴器等一些電路組成。其中D1為電源指示燈。電路中用到4個按鍵：一個是設定鍵S4、一個加鍵S3、一個減鍵S2以及一個復位鍵S1。

圖1 硬件電路圖

2.1 超聲波測試模塊

超聲波模塊采用現成的HC-SR04超聲波模塊，該模塊可提供2cm～400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm。模塊包括超聲波發射器、接收器與控制電路。其中，VCC為電源端，GND為接地端，TRIG為觸發控制信號輸入端，ECHO為回響信號輸出端。超聲波模塊實物如圖2所示。

圖2 超聲波模塊實物圖

超聲波探測模塊HC-SR04的基本工作原理：IO口觸發，給TRIG口至少10us的高電平，啟動測量；模塊自動發送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間，測試距離=（高電平時間*340）/2，單位為m。程序中測試功能主要由兩個函數完成。

2.2 顯示模塊

本次設計中的顯示模塊采用LCD1602液晶顯示，其接口電路如圖3所示。

圖3 LCD1602顯示電路 圖4 聲音報警電路圖

2.3 聲音報警電路

如圖4所示，用一個蜂鳴器、三極管和電阻接到單片機的P13引腳上，構成聲音報警電路。

2.4 按鍵電路

本次設計的基于單片機的超聲波報警系統由四個按鍵來實現所需相關功能，分別為S1系統手動復位按鍵、S2系統報警距離減小設置按鍵（每按一次減小0.01m）、S3系統報警距離增大設置按鍵（每按一次增大0.01m）、S4系統報警距離設置/確認按鍵。

3 系統軟件

軟件分為主程序和數據采集、按鍵控制、液晶顯示、報警等子程序。

4 工作過程

按下電源開關，系統啟動，將測量的距離在1602顯示器顯示出來。

若需要將報警距離縮小，則先按下S4進入系統報警距離設置狀態，再按下S2將距離調整至所需報警距離，最后，再次按下S4確認設置即可。

若需要將報警距離增大，則先按下S4進入系統報警距離設置狀態，再按下S3將距離調整至所需報警距離，最后，再次按下S4確認設置即可。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]