基于單片機超聲波測距儀的硬件設計

宋艷芳 鹿傳架 柳娜

摘要：隨著技術的發展，利用超聲波技術測量距離將會變的十分重要。本文設計是基于51系列單片機系統，以超聲波傳感器來測量系統到前后方物體的距離，然后根據超聲波傳感器反射回來的信息分析出結果，并做出處理，并將處理后的數據在 LED 屏上顯示出來。

關鍵詞：單片機;超聲波;測距

隨著我國的科技水平的上升，超聲波測量技術被廣泛的推廣，應用在各種測量距離的領域中。由于自身優點比如：抗干擾性強、反射性好、方向性強等，人們慢慢當作成一種測量識別的手段。物體到障礙物的距離是由超聲波測距傳感器的兩探頭之間的接受和發射工作時的相差的時間進行計算的，超聲波傳播速度與在特定的范圍內與頻率無關，與被測目標也沒有關系。該文在已有的理論知識基礎上，設計一種測距儀使用超聲波技術并利用單片機技術作為核心進行一定范圍內的距離實測。該系統測量距離的方法是采用測量距離的模塊 HC-SR04使得系統與物體之間不接觸的手段實現的，并且以 STC89C51單片機作為限制 HC-SR04發射的脈沖來測量距離的核心。對交通運輸業和工業等方面都應用廣泛。

1.????? 電路總體方案設計

超聲波測距系統是由被測的物體從超聲波發射電路接收到發射出的超聲波，然后發射回來的超聲波被接收電路接收，超聲波在物體與測量儀之間的傳播時間是由單片機中的定時器進行計算和記錄的。因此，被測的物體與測距儀間的距離是通過單片機的函數運算功能得出的。

2.????? 硬件設計

2.1?? 發射電路與接收電路

本次設計的內電路是由單片機的作用產生的，并且由于將具有優異的頻率穩定性的晶體振蕩器用作系統時鐘，因此穩定性非常高。結果，驅動信號也相對穩定，當程序的編制不同時，就可以獲得的輸出頻率不同。電路在不同強度值下，可以作為判斷物體的基礎，所以要想設計的成功選起點是必須要做到十分精確的。當距離小于設定值時報警。當系統啟動示波器時，單片機開始在內部運行程序。

2.2?? 顯示電路

顯示電路中采用8155芯片用來給單片機做擴展。其中用來顯示二極管亮度程度的端口選用PA 端口，用來控制發光二極管的端口采用 PC 端，除此之外，還要有一個雙極的發光二極管。驅動電流較大，并且使用六向反作用驅動器74LS06來提高驅動能力。

2.3?? 報警電路

在整個系統中的報警部分是由運算放大器和喇叭，LED 燈組成。電阻的阻值分別為1千歐的和10千歐的兩種，運算放大器是采用型號為 F007的芯片，并且在電路中采用負反饋的方式連接，也就是反比例運算放大電路。

2.4?? 系統復位電路

對于上電復位電路，它必須位于每臺單芯片計算機中。用于初始化微控制器，等效于再次打開單片機電源。除正常的初始操作外，由于操作錯誤，系統會鎖定。增加此模塊的 RST 可使您從當前狀態恢復。如果程序運行不正確，則可以使用相同的方法。

2.5?? 晶振電路

如果要想系統電路的工作不出現問題，必須要有晶振電路才能保證系統無故障運作。若沒有晶振電路或者晶振電路損壞，系統將會出現故障，故而系統不正常。它由兩個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值，一定要將兩瓷片電容的那段接地。

2.6?? LED 數碼管顯示電路

該電路的顯示模塊由4位7段 LED 數字管組成，用來顯示測得的電壓值。它是一個公共陽極數字管，數碼管的 a，b，c，d，e，f，g 端接到 dp 端子上，把信息傳輸到單片機內，由 P1端口把收到信息轉而處理成顯示代碼。以接收由單片機的 P1端口生成的顯示段代碼。 S1，S2，S3，S4引腳端是位選擇端，用于接收在單片機的 P2端口上生成的位選擇代碼。

2.7?? 蜂鳴器和LED 報警

蜂鳴器的工作電壓信號比平常的電壓信號高，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?? 按鍵設置電路

單片機鍵盤有兩種類型：獨立鍵盤和矩陣鍵盤。獨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的 I/O 端口，另一端接地，獨立鍵盤的連接簡單明了，并且穩定。矩陣鍵盤相對于獨立鍵盤來說連接復雜，易出錯。根據兩鍵盤的特點，要滿足要求故選擇獨立鍵盤。

3.????? 結論

通過系統硬件調試：系統中各個電路通過焊接方式連接在一塊后，首先檢測每個模塊是否在安裝的過程中損壞。單片機的每個引腳與模塊之間是不是安裝正確，如果相對應的數據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候不能得到關鍵的數據值，那么對于整個系統的軟件錯誤排查就不能方便快速的找到對應的問題，然后檢查設備的規格和極性是否有錯誤。在以上都完好的情況下，在檢查電源與設備連接有沒有短路。通過測試，驗證硬件設計較合理，達到預期目標。

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