基于單片機技術的超聲測距系統設計

王大清　殷學麗

摘 要：伴隨著我國科學技術的發展以及提升，我國的測距技術也得到了非常大的發展和提升。為了有效地提升我國的測量質量以及精準度，本文重點闡述一種新型的超聲測繪技術。這種超聲測距技術主要的設計原理在于單片機技術的發展以及應用。整套超聲測距技術主要的控制應用為單片機設備的STC89C52控制器進行測距控制，在測距的過程中控制定時器會產生相應的脈沖頻率，從而計算以及分析出發射，接收兩動作之間的回波接收時間，通過時間數據得出具體的測量距離。本文主要針對單片技術的超聲測距系統的設計進行詳細的分析以及闡述，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技術在我國測距工作中的應用，同時也為我國測距工作的提升以及進一步發展貢獻一份力量。

關鍵詞：單片機；測距；超聲波；語音播報；WTD588D芯片

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A

在單片機技術的超聲測距系統設計的過程中，超聲波技術由于有著非常大的優勢，因此在超聲測距系統的設計過程中占有巨大的作用。超聲波的主要優點有3個，首先是超聲波有較強的指向性；其次是超聲波具有緩慢的能源消耗，最后是超聲波在介質的傳輸中具有較遠的距離特性。因此超聲波在測距的過程中應用非常的廣泛。超聲波測距技術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。超聲波測距技術相較于其他的測距設備具有明顯的優點，首先是超聲測距的應用能夠減少設備的維修，其次超聲測距技術在應用的過程中對環境的污染較小，第三是超聲測距技術具有非常大的可靠性，最后是超聲測距設備的使用壽命非常高。在各種惡劣的環境下都能夠正常的使用，同時還能夠保障測距的質量以及精度。目前超聲測距技術主要的應用領域有機器人避障行走，汽車倒車雷達以及建筑工程施工等場合。本文闡述的測距系統技術能夠在數據處理的過程中使用溫度補償的方式保障測繪質量以及 精度。通過cd1602模塊來實現距離的顯示，通過WTD588D芯片來進行語音播報。利用單片機技術進行的超聲測距系統能夠有效地實現測量的快速，控制簡單，較低成本，精準度高等性能要求，這種超聲測距系統的實際測距范圍在2cm～350cm。

1.超聲測距系統設計的總體結構設計介紹

超聲波測距系統在設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，同時測距系統的控制核心為STV89C52微處理器單片機。使用共陽數碼管承擔顯示的功能。主要的原理在于通過HC-SR04模塊的集成發射來進行超聲波的發生電路模塊，當超聲波發射模塊遇到障礙的時候會產生相應的回波，回波通過接收模塊進行信號的接收，通過單片機來對聲波的傳輸統計回波時間，通過一定的溫度補償，找出相應的數據處理，播報測量的具體數據。具體的結構如圖1所示。

2.超聲測距系統設計的硬件電路具體設計

2.1超聲波測距系統的發射電路設計

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

2.2超聲波測距系統的接收電路設計

在超聲波測距系統上電之后，系統先進行設備初始化操作，通過對各種變量定時器進行一定的初始化，繼而通過單片機對Trig進行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超聲波測距系統的語音播報電路設計

具體的語音播報電路設計圖如圖3所示。

2.4超聲波測距系統的顯示電路設計

超聲波測距系統的顯示電路在設計的過程中顯示溫度的模塊為LCD1602液晶電路模塊。顯示電路提升驅動能力主要是由P1來實現，然后進行相應的數據驅動以及LCD輸出 。液晶顯示電路模塊主要是通過P2.7，P2.6來進行信號E的顯示，能夠進行數據選擇以及數據命令的選擇，通常有RS來完成，具體的設計圖如圖4所示。

3.超聲測距系統的軟件具體設計

3.1主程序的詳細設計

下超聲波測距系統設計的過程中主程序的設計主要的動作有3個內容，首先是程序的初始化；其次是控制超聲波的具體發射；最后是進行測距數據的接收。主程序的設計單方向的發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果。

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

3.2系統發生子系統設計以及接收中斷程序設計

在系統設計的過程中，超聲波子程序主要是通過P1.1來實現發射作用，P1.1的端口能夠將約兩個超聲波脈沖信號，頻率為40kHz，20μs的脈沖寬度同時接入T0計數器中，然后開始執行計數操作。總體來講超聲波子程序在設計上較為簡單，但是需要有精準的運行。

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引腳出現低電平），立即進入中斷程序。進入中斷后就立即關閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志字賦值1。如果當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關閉，并將測距成功標志字賦值2以表示此次測距不成功。

參考文獻

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