基于STC89C52單片機的超聲波測距儀設計

【摘要】由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)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(xiàn)。STC89C52是STC系列單片機里應用比較廣泛的一款，本文主要是利用STC89C52單片機、超聲波傳感器完成測距報警系統(tǒng)的制作。

【關鍵詞】超聲波傳感器；STC89C5 2；測距儀

傳感器是現(xiàn)代信息技術的主要內(nèi)容之一，其中超聲波傳感器有著廣泛、普遍的應用。隨著科學技術的快速發(fā)展，超聲波將在測距儀中的應用越來越廣。超聲波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求。利用單片機控制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。

本文所設計的測距儀包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、報警等子模塊。電路結構可劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。系統(tǒng)采用STC89C52單片機作為核心控制單元，當測得的距離小于設定距離時，主控芯片將測得的數(shù)值與設定值進行比較處理。然后控制蜂鳴器報警。圖1為系統(tǒng)總體設計圖：

主控制模塊設計

STC89C52、超聲波傳感器、按鍵、四位數(shù)碼管、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。電路中用到3個按鍵，一個是設定鍵，一個加鍵，一個減鍵。

復位電路模塊設計

單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）以上，則CPU就可以響應并將系統(tǒng)復位。

時鐘電路模塊設計

因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。

聲音報警電路模塊設計

用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的P13引腳上，構成聲音報警電路。

顯示模塊設計

數(shù)碼管使用的是4位共陽極數(shù)碼管，驅(qū)動電路中三極管使用的是8550三極管。其中8550三極管可以和9012三極管通用，都為PNP型三極管。其中三極管是用來做驅(qū)動的作用。

按鍵電路模塊設計

按鍵電路用來設置測距的安全距離有三個按鍵分別是進入設定鍵，增加距離鍵，減少距離鍵。

超聲波測距模塊設計

超聲波模塊采用現(xiàn)成的HC-SR04超聲波模塊，該模塊可提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(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號，模塊自動發(fā)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(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2。

時序圖表明只需要提供一個10uS以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。建議測量周期為60ms以上，以防止發(fā)射信號對回響信號的影響。

誤差分析

要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。

超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響。實際情況下，溫度每上升或者下降1度，聲速將增加或者減少 0.607m/s，這個影響對于較高精度的測量是相當嚴重的。

結論

對所設計的硬件電路進行測量、校準發(fā)現(xiàn)其測量范圍0.2cm～400cm內(nèi)的平面物體做了多次測量發(fā)現(xiàn)，其最大誤差為3cm，顯示最小分辨率為0.01m，測量盲區(qū)小于0.15米，且重復性好。該系統(tǒng)通過以STC89C52單片機為工作處理器核心，超聲波傳感器，它是一種新穎的被動式超聲波探測器件，能夠以非接觸測出前方物體距離，并將其轉化為相應的電信號輸出。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。

參考文獻

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作者簡介

張野（1988—），男，遼寧朝陽人，沈陽理工大學碩士研究生，研究方向：圖像信息處理技術。

基金項目

遼寧省科學計劃計劃項目（2012217005）；遼寧省科學事業(yè)公益研究基金（2012004002）