基于单片机控制的超声波测距系统设计与实现

技术分析

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基于单片机控制的超声波测距系统设计与实现

罗紫阳，陈　鹏

（成都理工大学信息科学与技术学院，成都 610059）

摘要：距离测量在日常生活中不可避免，超声波测距传感器因其性能好、价钱便宜，应用便利，在声纳测量、雷达测距、智能交通系统（ITS）等方面应用广泛。与其他测量方法相比，超声波测距通常更加快速、易于运算、易于实时使用。本文设计了一种基于51单片机的超声波测距系统，以超声波模块为核心，以单片机为主控制器，将所测数据实时反映在液晶上。实验表明，该设计具有价格便宜、稳定可靠、高精度等特点。完全满足业界对高精度测量的要求。

关键词：超声波；测距；单片机；液晶doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.06.069中图分类号：TH761.2 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）06-0091-01随着近年来车辆飞速增长，人们对车辆的倒车距离测量也提出了更高的要求。在天气恶劣的情况下，传统的测距手段已不能满足我们的需求。因此，超声波测距的出现解决了这一问题，不仅能适应各种外界条件且在稳定可靠的基础上实现了高精度测量。本文基于以上理念，要求设计出一种可以实时反馈距离信息，且距离过近会提示报警信号的超声波测距控制系统。

本设计的主控单元是STC89C52单片机，在主程序中，首先执行初始液晶显示器的和定时器的动作，并且液晶显示的初始化包括执行的初始化和显示器的内容的初始化，然后进入无限循环显示的过程。进入环路的第一项任务是启动超声波模块并通过LCD1602显示测量距离。接着判断该测得的距离是否小于设置的值，假如是小于的话，就会发生声光报警。完成第一项任务后就开始了按键的扫描，此时会判别是否按键有动作发生，假如有按键被按下的话，就会进行设定报警值的动作。至此，完成了一次循环的过程，之后反复开始任务并不断如此循环。3.2 LCD1602显示流程

液晶开始显示之前，必须先确定一个位置，表示要在哪个地方显示，比如第1行第5列的位置。在完成坐标定位之后就可以开始显示内容了。液晶在显示的时候，是一位一位完成的。显示字符串的话，也是一样的道理。要说明的是，每次显示一串字符或一个数字的时候，只需在最开始的时候完成一次定位，之后每显示完一个字符，液晶会自动跳到下一个位置的，无需每个字符都定位一次。3.3 HC-SR04超声波模块使用流程

首先由单片机发送一个触发信号，经过Trig引脚再发送给超声波模块，超声波模块收到这个信号后启动测距，此时程序检测Echo返回高电平，该引脚低电平表示正在测距，低电平转高电平表示测距完成。在收到超声波模块Echo引脚的低电平转高电平信号之后，启用定时器，计时Echo引脚输出的高电平的持续时间，然后关闭定时器。此高电平持续的时间，即超声波往复的时间。只要根据公式：，由于来回运行，计算出的距离除以2即为最终检测距离。

1 系统概述

本设计以STC89C52作为中心器件，以及电容、电阻、晶振等元器件，组成了单片机的最小系统。其他功能模块也是以单片机最小系统为中心来开展。其中包含：（1）超声波模块HC-SR04，通过它来实现超声波的发送以及接收，最终来完成距离的测量；（2）显示模块，应用LCD1602作为显示模块，担任把测量到的数值显示出来的任务；（3）按键模块，主要是完成报警值的设置；（4）声光报警模块，如果测量值小于设定值，就会声光报警；（5）电源模块，运用5V的电源进行供电。

图1 超声波测距系统结构框图

2 系统硬件设计

（1）超声波传感器：HC-SR04超声波传感器模块可用于各种外界条件的检测。其具有两个探头，一个用于发射超声波，一个用于接收超声波。在发射过程中如遇见障碍物则会反馈回超声波信号。

（2）显示模块：LCD1602液晶显示模块，通过液晶实现将所测量的距离信息显示出来，方便人们实时了解系统的工作情况。（3）按键模块：通过三个独立按键实现“设定报警距离”、“加1”、“减1”的设置。

（4）声光报警模块：应用蜂鸣器和发光二极管（LED）实现如果所测距离小于所设置的报警值则会发声发光，以提示用户距离过近。

（5）电源模块：本设计的STC89C52单片机，需要5V的供电电压。我们可以使用USB接口、移动电源等来进行供电。

4 结束语

本文论述了利用超声波来实现测距的原理、硬件电路和软件设计方法的实现，利用微控制器的运算以及控制功能，开发出一种便捷适用的超声波测距系统，该系统具备速度快，精度高，易于实时控制的特点可有效提升智能化时代下人们的生活品质。随着科学技术的飞速发展，超声波的使用将越来越宽泛，这是一个爆炸性增长的技术和行业领域，并提供无限的前景。

参考文献

[1] 杨建华.具有语音播报功能的超声波液位测量系统设计[J].电子产品世界，2014.

[2] 刘娜.基于单片机和超声波的倒车测距仪[J].传感器世界，2016（04）：33-36.

3 系统软件设计

3.1 系统总体流程

作者简介：罗紫阳，男，1994年生，硕士研究生，工程师，研究方向为智能控制技术、嵌入式系统。

2019.06数字通信世界91