便携式测距仪系统标准设计.docx

题 目: 便携式测距仪系统设计（软件） 英文题目： Design of System on Portable Rangefinder 作 者 声 明本人以信誉郑重申明：所呈交学位毕业设计（论文），是本人在指导老师指导下由本人独立撰写完成，没有剽窃、剽窃、造假等违反道德、学术规范和其它侵权行为。文中引用她人文件、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含她人结果及为取得东华理工大学长江学院或其它教育机构学位或证书而使用过材料。对本设计（论文）研究做出关键贡献个人和集体，均已在文中以明确方法标明。本毕业设计（论文）引发法律结果完全由本人负担。本毕业设计（论文）结果归东华理工大学全部。特此申明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人申明：该学位论文是本人指导学生完成研究结果，已经审阅过论文全部内容，并能够确保题目、关键词、摘要部分中英文内容一致性和正确性。 学位论文指导老师署名： 年 月 日摘 要 STC89C52单片机是STC单片机中应用中一款最为广泛单片机，在自动化及其相关领域含有相当高价值，STC89C52单片机含有低功耗、高性能和便于操作等特征受到了广大爱好者好评。超声波测距仪在生活中能够稳定测量出正确距离，超声波广泛应用在生活之中，因为超声波有着能耗低，轻易传输等优良特征。 此次设计关键以STC89C52单片机为关键加上超声波传感器来完成此次超声波测距仪制作，以STC89C52为主控芯片，发射模块经过单片机所给信号来发射超声波，然后接收模块接收返回超声波。利用超声波传感器对距离测量和单片机运算和处理得出对应距离，显示结果。此次设计系统方案经过软件和硬件和各个模块相互配合得以实现。 STC89C52单片机为主控芯片，利用超声波来检测两个物体之间有效距离，将前面障碍物探测出来，然后交给单片机去计算处理所得到数据，最终显示出测量结果来。 关键词：超声波传感器； STC89C52； 时差法ABSTRACTSound wave is a kind of mechanical wave, which is produced in the state of mechanical vibration, and is transmitted through the media. The propagation speed of sound is related to the type and temperature of the medium, the higher the density, the faster the propagation speed is, the higher the temperature is, the faster the propagation speed is. Ultrasonic is the vibration frequency is greater than 20KHZ, people can not hear the sound wave in the natural environment.In the air medium, ultrasonic ranging sensor because its performance is reliable, easy to use, inexpensive, automatic vehicle navigation, vehicle safety driving assistant system, as well as the river, wells and warehouse and material position detection are applied. Ultrasonic propagation is not easy to be disturbed, the energy consumption is slow, the distance in the medium is far away, so ultrasonic often used for distance measurement. Therefore, it is of great significance to study the generation and propagation of ultrasonic wave, develop the high performance ultrasonic distance measuring instrument, which is very important to the development of the technology.Using acoustic distance measurement principle is: send ultrasonic, ultrasonic obstacle to reflect, receiver receives the ultrasonic and converted into an electrical signal, measure the sending and receiving of the time difference, through the formula calculate the distance.STC is a series of STC89C52 microcontroller in a wide range of applications, in the field of automatic control has a high value. This design is mainly to use STC89C52 microcontroller, ultrasonic sensor range alarm system of production, to STC89C52 as the main control chip, using ultrasonic wave to detect the distance, the distance to the object in front detected, then the SCM processing, will deal with the result of the operation by the display.Key words: ultrasonic sensor; STC89C52; time-difference-type 目 录1 绪论11.1 背景和意义11.2 设计目标11.3 中国外相关动态21.4 单片机发展史简略21.5 本章小结32.总体设计方案及论证42.1 总体方案设计42.2 超声波特征52.3 超声波测距原理62.4 超声波测距原理框图72.5 超声波测距仪需求分析72.6 本章小结83 硬件实现及单元电路设计93.1 主控制模块93.2 电源设计113.3 超声波测试模块113.3.1 HC-SR04超声波模块113.3.2 超声波传感器原理113.4 声音报警电路设计133.5 显示模块143.6 时钟电路设计143.7 复位电路设计143.8 本章小结154 软件设计164.1 主程序工作步骤图164.2 超声波测距程序184.3 超声波报警程序234.4 按键程序234.5 显示模块244.6 本章小结25结论26致 谢27参考文件28附录29附录1 元器件清单29附录2 超声波测距仪原理图30附录3 程序31附录4 实物照片371 绪 论1.1 背景和意义 超声波是声波一个，含有声波大部分属性，所以超声测距是一个非接触检测技术。尤其是在空气等介质中传输距离远等优点，碰到障碍物时会产生反射波，所以大家常常把超声波用于两物体之间距离测量。超声波在多种不一样介质里其传输速度是不一样，而且它能够定向传输，发射后能在遭遇障碍物瞬间进行反射，我们能够利用超声波反射特征，经过测定超声波往返时间，利用声速已知则能够求出两点之间距离。 利用超声波测距含有操作简单，快速，实用，方便特点。不会受到光线，物体颜色等影响是超声波测距最大优势之一。因为这些优点，超声波测距大多数应用于液位测量，建筑工地，桥梁隧道施工，位置实时监控、流量测量，和机器人等领域。因为有了这些其它声波所不含有优点，建筑工地，隧道施工，桥梁施工，路面施工等距离测量常常见到。所以研究超声波测距系统有着很大现实意义。开发超声波测距仪任务也刻不容缓。对基于单片机超声波测距仪研究和设计，能提升设计者单片机电路理论和实际动手能力，深入对单片机开发使用和了解。1.2 设计目标 现代科学技术正在快速发展，各类物理现象全部在人类研究和开发中得到充足利用，光学，电学，声学发展很快速。超声波被发觉后得到了很广泛利用。尤其是在测量方面应用因科技发展而变得越来越广。但就现在发展水平和科学技术来说，大家能够具体利用在超声波方面距离测量技术还比较有限。所以，超声波检测技术是一个有着无限前景技术，利用超声波来检测距离话是比较快速、方便、因为现阶段科学对声波知识掌握得较为全方面，所以相关超声波计算比较简单且易于做到实时控制。为了研究和利用超声波，利用其性质开发超声波功效，大家已经研究并制造出各类超声波测距系统，未来还将不停地开发和研制更正确超声波测距仪。还更多基于超声波测距仪用于生活中测量和工程中测量。毋庸置疑，无线，无接触超声波测距将和自动化和智能化接轨，和其它测距仪如红外线测距仪等集成和融合，形成高性能综合测距。伴随测距仪技术蓬勃发展和飞速进步，测距仪将不仅含有单纯判定功效，还会出现智能化学习能力。1.3 中国外相关动态 国外学者在提升超声波测距研究方面做了大量努力，尤其是在测量距离延伸和测量精度提升上不懈努力着，基于超声波测距方法比较成熟一共有3种：第一个是相位检测法，它有着很显著优点，就是它检测精度很高，不过也有些缺点，就是测量距离不是太长。第二种方法是声波幅值检测法，这种方法可能比较轻易受到其它东西干扰，而且这种方法受反射波影响比较大。第三种为时差法，这种方法比较直观，比较轻易了解，通常常见这种方法。中国外很多学者在利用超声波检测方面继续前行，而以上多个方法是中国外教授和学者在数十年共同努力下所得到很成熟测量方法。现阶段，我们中国部分科学家在对超声波发射电路优化和发射功率和发射频率控制，优化最大探测距离提升等方面做出了卓越贡献。对新型超声波传感器进行研究并取得了一定结果，但对新款超声波传感器组成材料、超声波传感器创新方面研究还是很不尽人意。超声波测距功效因为其原理比较简单而且很轻易达成效果和成本低廉等优点，在水位测量、自动化机器人定位和避障汽车防护功效方面有了广泛应用。因为其设计原理比较简单，轻易实现，而且制造成本比较低，耗能低这一系列特点，所以也常常见于机器人研发制造上。用使移机器能自避障行走必需装备测距系统使其及获取距障碍物距离信息（距离向）超声波测距系统机器解其前、左侧右侧环境提供运距离信息。 1.4 单片机发展史简略 伴随当今电子科学技术飞速发展，在电子信息类专业来说单片机地位很高。在其它类专业工程中一样是不可缺乏。单片机发展历史大约能够分为3个关键阶段，第一个阶段为单片机初级阶段（1976-1978年）。因当初工艺和科学技术限制，采取是双片形式，而且所能实现功效很简单。第二个阶段为低性能单片机阶段，这个阶段单片机没有串行口，中止也很简单，代表为Intel企业MCS48系列，内部有8位cpu，并行I/O口和8位定时计数器，RAM,ROM。第三个阶段是高性能单片机阶段，这个阶段单片机以优异性能和低廉成本不停地被用于当今社会每个角落。各类性能，系列，型号单片机一代接一代地出现，不停地用高性能满足着各类场所需求。单片机技术开放性，生产厂商猛烈竞争和市场需求成为了单片机技术飞速发展强大动力。所以单片机应用开发成为当今电子技术人员急需掌握关键技术。现在，单片机早已深入到我们生活各个领域，日常生活到工业生产，几乎每个领域全部有单片机踪影，从日常各类家电，或是导弹制导系统，又或是工厂机床、流水线，全部无法离开单片机。1.5 本章小结本章节关键叙述了超声波测距发展历程和现实状况，尤其介绍了超声波测距仪优点和现在中国产品不足，和中国外教授学者在超声波检测方面成就。概述了此次设计任务和论文内容安排。2.总体设计方案及论证2.1 总体方案设计 此次超声波测距仪设计包含了软件和硬件两个部分，关键相关模块分成了数据信息搜集模块、键盘按键控制模块、四位数码显示管显示模块、报警等子模块等。而在电路结构方面则分成了3个部分，分别是：超声波传感器相关电路、蜂鸣器相关电路和单片机控制电路。就对此次设计来说，此次关键模块也就是中心单元则是靠单片机完成，所以此次设计系统也算是单片机应用系统相关应用。单片机组成包含了硬件和软件，硬件部分关键是由单片机本身还有相关输入、输出设备和外部电路等所组成。软件则是多种多样程序所组成。单片机系统研发过程关键包含总体设计和对软硬件分别进行设计等3个阶段。此次设计超声波测距仪利用了STC89C52单片机作为关键控制单元,每次当测距仪所测到距离小于所设定距离时，主控芯片则将测到数据和我们开始设置距离进行计算比较然后处理。最终由单片机来控制让蜂鸣报警器报警。系统总体设计方框图以下图所表示：图2-1 系统总体设计方框图2.2 超声波特征声音是一个机械波，当声波频率超出人类听觉所能接收极限频率时(0赫兹)，大家就无法觉察到声音存在，这种超出人类听觉范围高频声波被称为超声波。图2-2 人听觉范围超声波特征：（1）束射性超声波波长比正声波短，在几何光学方面绝大部分定理全部能够适适用于超声波，也就是说，超声波在物体表面所产生反射就和光一样，入射角等于反射角，当然，光线所含有其它性质，比如聚焦或是折射等一样适适用于超声波。当超声波射线经过两种密度不一样物质交界处时也一样会产生类似折射现象。也就是说会改变超声波射线传输方向，物质A和物质B之间密度差距越大，则超声波折射现象就会越显著。（2）超声波能量传输性超声波含有比其它一般声波强大多功率，因为其功率比通常声波大很多，因为功率比其它声波大，所以它常常被用于多种工业用途，超声波在进入了某一个物质以后，会使这种物质内部分子产生很大振动，分子振动频率等于超声波频率，分子振动频率越高速度越大。若超声波频率越高则分子能取得能量也就越多。所以说超声波可提供给物质分子较大能量。 （3）超声波声压性超声波在进入到某种物体以后,超声波使得分子振动，然后分子之间就会有一个压缩作用，物体受到压力就会因为超声波而改变。这种现象就叫做声压。2.3 超声波测距原理 本测距系统采取是时差法。超声波时差法原理为：检测从超声波传感器发射出超声波经气体介质传输，碰到障碍物后反射回接收传感器时间t，这个时间t就是渡越时间，然后经过往返时间求出距离l。设l为测量距离，超声波传输速度为c，则有l=ct/2。超声波接收器收到反射波就立即停止计时。以后由单片机计算出距离，让数码显示管显示出测量结果。 相关超声波测距算法设计:设t1和t2分别就是超声波发射时间和接收时间，经过科学研究测定数据能够得到在温度是15度时340米每秒就超声波在空气中传输速度。t2-t1就是发送和就收之间时间差，假定t2-t1=0.01S，则有340m0.01S=3.4m。因为在这0.01s时间里，超声波发出到碰到返射物返回距离以下， 图为测距原理。图2-3 测距原理 /2角度很小，大约是7-7.5度，这么大小角度几乎对超声波测距没有太大影响，可得LS。 则可得到h也趋近和0。超声波发出到碰到返射物返回距离以下： （2-1） 因为超声波是声波其中一个，其声速c和空气和温度相关，依据科学测量得出了温度每上升1度，声速增加0.6米秒。表2-1 声速和温度关系表温度（摄氏度）3020100102030100声速（米秒）313319325323338344349386 在10度和30度之间，声速为338-349米/秒，相差为11米/秒。设时间差为0.025s（HC-RS04超声波测距模块所能达成极限距离所需时间和返回时间总和），若使用L=C( t2 -t1 )/2公式进行计算，则可得到此温度范围内得到最大数值和最小数值之差为0.1375米，只要周围环境温差不是很大，那就能够认为声速是一个定值。计算时取c=340m/s。2.4 超声波测距原理框图 超声波测距传感器模块用是HC-SR04，这个超声波传感器模块提供2-400厘米非接触距离感应功效，测距精度最高能够达成3毫米左右，整个传感器模块包含了发射器，接收器，控制器。微处理器使用STC89C52单片机，显示部分采取数码管。HC-SR04发射电路模块发收到信号以后发出超声波，超声波在碰到阻碍后产生回波，接收电路模块接收到返回超声波后，STC89C52单片机统计出声波往返传输所用总时间，计算两物体之间距离然后再用数码管显示。显示模块 发射驱动模块STC89C25单片机接收带通滤波，信号放大，脉冲整形图2-4 测距原理框图2.5 超声波测距仪需求分析 基于单片机超声波测距仪有机地结合了软件控制和硬件设计技术。本超声波测距仪要求实现功效有： 参数设置：影响超声波原因有很多，这关系最终测量数据正确性。 显示界面：一个简单清楚显示界面能够给使用者最直观察试结果，引导使用者快速了解现在测试距离。在使用者进行参数设置时能够显示出所设值，使用者进行实际测量时候能够实时显示测量所得到数据。 键盘输入： 键盘不仅能够完成初始数据设置任务还能够更改报警距离，使设计实用性大大提升。 报警装置：报警装置可提醒使用者目前距离是否为目标距离或危险距离，使用者可依据自己需求自由调整报警距离。供电设计：所设计系统供电部分能够兼容市电，而且做到设备以较低能耗完成全部功效。2.6 本章小结 本章首先介绍了整体方案设计要求，说明了系统设计原理，设计了系统设计框图，接着分析了使用者对系统实际需求，最终提出了最终方案及完成最终方案所使用芯片选择。3 硬件实现及单元电路设计3.1 主控制模块 主控制模块作为整个超声波测距系统中最为关键关键部分，此次设计选择了由宏晶科技生产STC89C52单片机。此型号单片机不仅拥有超强抗干扰能力，还含有了高运算速度、低功耗等特点，确保了设计本身整体性能和各个模块兼容性、实用性。而且能够提供多个时钟周期。最小应用系统，或称为单片机最小系统,指是用最少电路元件组成一个能够正常工作单片机控制系统。对于52单片机而言，它最小系统包含了单片机，复位电路，晶振电路。 复位电路：单片机复位电路如同计算机重启功效，当计算机在使用过程中出现死机等非正常运作情况时，重启按键可帮助计算机重新实施程序。单片机系统在运行中出现故障或是受到干扰时，复位按钮能够帮助单片机重新运行程序。 89C52单片机假如需要实施复位重启功效，需要将连续2us高电平接入第9个引脚即可。电容和电阻大小分别是10uF和10K。能够算出电容充电到电源电压0.7倍（5V*0.7=3.5V），此过程需要10K*10UF=0.1S时间。依据上述过程可知极性电容容值越大，需要复位时间就越短。 晶振电路：全称为晶体振荡器，能够等效为一个电容和一个电阻并联后再串联上一个电容。以频率高低分把网络分为两个谐振点，其中串联谐振频率较低，并联谐振频率较高。这两个频率距离很近。因为频率范围很窄，晶振基础上可等效为一个电感。当一个数值适宜电容并联于晶振两端时，就能够使其成为一个并联谐振电路，当它加入到一个负反馈电路中便可组成一个正弦波振荡电路。 频率范围很窄特点也使适当其它元件参数改变很大也不会影响到振荡器频率。 起振电容：起振电容C2，C3采取16-32pF，而且电容，晶振，单片机离得越近越好。P0口为开漏输出，P0作为输出口时需要上拉电阻，上拉电阻阻值大约为10k左右。 定时器模式：加一计数器是对机器内部机器周期进行计数（1个机器周期为12个振荡周期，即计数频率为晶振频率1/12）。计数值乘机器周期就可得到定时时间t。 计数器模式：T0或T1引脚能把外部事件计数脉冲输入到计数器中。采样T0、T1引脚电平时间是在每个机器周期S5P2期间。当某周期采集到一个高电平，而下一个周期又采集到一个低电平时，计数器就会加1，在下一个机器周期S3P1期间更新计数值被装入计数器。因为检测一个从高电平到低电平下降沿需要2个机器周期，所以这里要求被采样电平最少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超出1/12MHz，也就是说计数脉冲周期需要大于2 ms。图3-1 最小系统 完整超声波测距仪须要实现功效为利用超声波传感器测量障碍物到仪器间距离，显示目前距离，目标距离或危险距离报警和目标距离或危险距离设定。从上述分析中可知在本系统设计中还须要用到以下器件： STC89C52单片机、超声波传感器、按键、数码显示管、蜂鸣器等单片机外围应用电路。电路中用到4个按键， 报警距离加减按键两个，设定键一个，重置键一个。图3-2 总设计电路3.2 电源设计 此次设计在电源方面采取了自锁开关引脚识别方法，其硬件原理图以下图3-3，其中p2为电池或USB接口，sw1为电源开关用来接通和断开电源。其中12和45是常开触点而23和56是常闭触点。在开关按下了1245则该电路导通，2356则是断开如是弹开开关则相反。 3.3 超声波测试模块3.3.1 HC-SR04超声波模块 超声波测试模块作为超声波测距仪最为关键部分之一，超声波模块选择决定了整机性能好坏。本设计选择使用HC-SR04作为此次超声波测距仪超声波模块，该模块可提供2cm-500cm范围内不需要接触也能进行测距，而且测距精度还能够达成最高高3mm。盲区很短仅仅为2cm左右，多用于机器人壁障，液位检测，流量检测，停车场安全检测和距离检测。模块包含超声波发射器，超声波接收器和控制电路。其基础工作原理以下：采取 IO 口 TRIG 触发测距仪发出超声波进行测距，需要10us以上高电平信号;模块将发送8个40khz方波来检测是否有返回超声波信号；假如有返回信号，经过IO口ECHO输出高电平，超声波从发出到返回时间等于高电平连续时间。测试距离等于高电平时间和声速乘积再除以2。VCC用5V电压，GND接地。图3-3 超声波模块实物图 3.3.2 超声波传感器原理 开放型传感器是市面上最为常见超声波传感器，也是使用频率最高超声波传感器，其结构以下图所表示。底座上固定了一个复合式振动器，复合式振动器由谐振器、金属片、双压电晶片元件振动器组成。其中双压电晶片元件振动器是由压电陶瓷片组成。为了能有效地发射因振动而形成超声波，谐振器形状设计成喇叭形。这么结构还有利于使超声波在振动器中央部位聚集。 当压电陶瓷上有电压作用时，压电陶瓷就会因为电压改变和频率改变而产生形变。此时若振动压电陶瓷，就会产生电荷。我们能够利用这个原理，若给双压电晶片元件上施加电信号，双压电晶片元件就会因振动形变而产生并发射超声波。相反，当把超声振动施加到双压电晶片元件上时，双压电晶片元件就会因振动而产生电信号。以上便是超声波传感器工作原理。图3-4 超声波内部结构1.波长 频率和波长乘积为波传输速度。声波在空气中传输速度很慢，约为344m/s (20时)，相比电磁波传输速度3108m/s能够说是很慢，在这种传输速度比较低且波长很短情况下，就能够取得较高距离和方向分辨率。这种较高分辨率特征使我们有在进行距离、流量等测量时可取得较高精度。2.反射 超声波在物体上能够反射，我们才能基于反射来判定物体是否存在，金属木材混凝土等物质能够反射几乎是100%超声波，所以我们能够很轻易探测到这类物质。不过布类，棉花等物体轻易吸收超声波，所以超声波极难探测到这类物体。同时，超声波反射是不规则反射，所以通常比较不轻易探测到凹凸表面和斜坡表面物体，这些条件决定了超声波探测环境应该是空旷且存在能够反射超声波物体地方。3.温度效应 在不一样温度下，超声波速度是不相同，也就是说超声波传输速度将随周围环境温度改变而发生改变。超声波传输速度“C”能够用以下公式表示：C=331.5+0.607t (m/s)在上述公式中t是代表温度（摄氏度）。所以，在实际两物体之间距离测量过程中，若是想得到愈加正确测量值，对温度检测是必需，尤其是秋冬季节全天温差较大，对超声波测距精度有一定影响。而且本设计中超声波关键实现是估计功效，对测量精度不做过高要求，所以相关温度对设计影响在这不做深入探讨。4. 衰减 因为衍射现象会造成超声波在球形表面上扩散损失，所以超声波在空气中强度会随距离增加而成百分比减弱。介质吸收能量造成损失也是原因一部分。图所表示，超声波其中一个关键特征就是其衰减是和本身频率成正比，假如超声波频率越高，它衰减也将会越高，而传输距离也将会成比变短，所以，超声波衰减将会影响到本身传输距离。图3-5 声压在不一样距离下衰减特征3.4 声音报警电路设计 用一个蜂鸣器和一个三极管、电阻就能够组成蜂鸣报警电路，将蜂鸣报警电路接到STC89C52单片机P13引脚上，图为蜂鸣报警电路。图3-6 声音报警电路图3.5 显示模块 此次超声波测距系统显示模块是采取了4位共阳数码管作为显示器。图3-7 数码管电路3.6 时钟电路设计 XTAL1为反向放大器输入，XTAL2为反向放大器输出。该反向放大器能够配置为片内振荡器。能够采取石晶振荡或陶瓷振荡。若要使用外部时钟源驱动器件，XTAL2不接。 一个机器周期共有12个振荡周期（一个机器周期含6个状态周期，一个状态周期为2个振荡周期），假如外接石英晶体振荡器振荡频率为12MHZ，则一个振荡周期为1/12us，所以一个机器周期是1us。 以下为时钟电路设计图。图3-8 时钟电路图3.7 复位电路设计 一共有两种复位方法，第一个是上电以后自动复位，时钟电路工作以后,单片机RESET端会连续给出2个机器周期高电平信号，这么就完成了复位操作。比如，若使用晶振频率为12MHz时，则复位信号应保持两秒以上。本设计采取就是是上电自动复位电路。另一个是外部按键复位，需要手动来进行复位。图14示为复位电路。图3-9 复位电路图3.8 本章小结 本章对超声波测距仪硬件部分中STC89C52单片机，电源，HC-SR04超声波模块，报警电路，时钟电路和复位电路进行了简单介绍。4 软件设计 C语言是整个世界范围内流行程度，应用程度最广泛高级计算机语言,她保持了B语言靠近硬件和语言表示精炼优点，却又改掉了它们过于简单和没有数据类型数据类型等缺点。C语言特点之一关键表现在有多个数据类型，开发C语言能够降低用它所写软件对其硬件平台依靠程度，并拥有强大可移植性。C语言是一个用途极其广泛，功效很强大，使用很灵活编程语言，软件编写和硬件编写全部能够使用。C语言关键字有37个，控制句是9种。程序书写形式比较自由。C语言一大优势是能够直接访问物理地址，不管是生成目标代码质量，或是C语言程序实施效率，全部是很高。 软件部分使用C语言进行编写。因为C语言对于实现比较复杂算法方面有一定优势，而汇编语言则含有较高效率，计算程序运行时间也愈加精细。超声波测距仪程序设计有较多复杂计算，所以控制程序关键采取C语言进行编写。 此次超声波测距仪系统程序采取编程语言为C语言，基于Keil Vision4开发平台。C语言是一门使用相当普遍一款计算机编程语言，受到了广大计算机使用者追捧。C语言给计算机编程提供了简单编程方法而且轻易操作低级处理器最关键还是降低了很多无须要机器代码和随时随地很方便进行计算机编程。愈加轻易读懂学习、愈加轻易使用。4.1 主程序工作步骤图 超声波测距程序所需要实现功效并不是很复杂，所以本设计程序关键是以次序方法进行。主程序关键负责进行整个超声波测距仪初始化工作，而且循环调用各个子模块以实现功效，整个主程序设计思绪是：系统初始化以后超声波传感器开始测距，当测量得到距离大于了所设定报警距离时，超声波传感器将会继续发射超声波进行测量，当测量所得到距离小于或等于所设定报警距离时，系统将开启报警电路，蜂鸣报警器将开始报警。若改变测量距离，则再次进行测量，若没有改变距离，报警电路继续工作。 按硬件结构和所需实现功效分析可知系统主程序工作步骤图以下；图4-1 主程序工作步骤图4.2 超声波测距程序HC-SR04超声波模块性能比较稳定,测量精度较高，模块高精度盲区很短，仅仅为2cm左右，最远射程也比较长，为4-5米。工作频率为40khz，测量角度为15度左右。多用于机器人壁障，液位检测，流量检测，停车场安全检测和距离检测。该模块可提供2cm-500cm范围内不需要接触也能进行测距，而且测距精度还能够达成最高高3mm。超声波接收器和控制电路。表4-1 模块参数电气参数HC-SR04超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40khz最远射程4m最近射程2cm测量角度15输入触发信号10usTTL脉冲输入回响信号输出TTL电平信号，和射程成百分比规格尺寸45*20*15cm HC-SR04超声波模块有两种方法能够测量时间。第一个让一个大于10微秒高电平脉冲信号加到trig引脚，模块将会循环发出8个40KHz超声波脉冲来检测回波，此时打开计时器，当Echo引脚收到信号时，关闭计时器。而HC-SR04超声波模块提供了另一个更为可靠计时方法。另一个是当触发Trig引脚以后，发送超声波脉冲，超声波传感器接收端收到脉冲以后，Echo引脚将会产生出一个脉冲，此脉冲宽度是和传输时间成正比。用这种方法只需检测Echo引脚返回脉冲信号宽度就能够确定发射和接收之间传输时间。超声波模块程序设计思绪就基于这两种方案。而第一个方案有一点缺点，给Trig引脚触发信号和超声波脉冲发射这个过程中本身也是在消耗时间，这么就会无法确定到底什么时刻才是发射超声波脉冲真正时刻。这么做会造成测量结果有一定误差。所以经过对实际情况考虑和数次尝试，最终决定使用第二种测量方案。图4-2 超声波时序图 HC-SR04模块内部超声波发射电路图所表示，其基础组成结构是EM78P153，超声波发射换能器T40和MAX232。图4-3 超声波发射电路 HC-SR04模块内部超声波接收电路图所表示，其基础组成结构是TL074运放，超声波换能器R40。图4-4 超声波接收电路 单片机初始化，HC-SR04内部ECHO接口连接P1.1引脚，发射接口TRIG连接P1.2引脚。 单片机开启中止，单片机P1.1给TRIG接口一个约为20us高电平，经过HC-SR04模块内EM78P153发送8个连续40KHz脉冲信号，经过MAX232电平转换，提升发射功率。依靠换能器，将电脉冲信号转换为超声波发射。当单片机给一个20us触发信号时，TRIG由低电平转换为高电平，TRIG=1，此时开始，单片机计时，然后中止开启，而且记时刻为T1，等候接收回波，ECHO连续为高电平时间为发射时间。换能器接收回波将超声波转换为电信号，送至单片机，统计时间为T2。超声波发射总时长为：T2-T1计算发射距离为： (4-1) 图4-5 超声波测距程序步骤图 超声波测距程序模块以下：4.3 超声波报警程序 超声波报警是超声波测距程序中关键部分，经过蜂鸣报警能够让使用者愈加清楚目前测距结果。因为测量结果是会出现波动，而且测量结果会出现一定误差，所以对报警器设计思绪是：当测距系统检测到目前距离连续两次小于所设定距离，系统将开始报警，直到检测到目前距离并不是两次全部小于设定距离，系统停止报警。这个设计是因为超声波测距传感器会出现一定误差，在报警距离周围会出现波动，两次检测能够在一定程度上消除误差，让报警实施得愈加正确。4.4 按键程序 超声波测距仪带有报警距离设定功效，报警距离自由设定功效能够让使用者依据自己实际需要来对报警距离进行设定。因为本设计在多种不一样场所全部能够使用，所以可调整报警距离也加强了本设计在不一样环境下实用性。报警距离可调是经过按键来实现，在系统初始化以后，系统会扫描设置键是否按下，因为是机械类按键，所以此过程加入了一个消抖步骤。在设置键被按下以后，可依据加减按键对之前保留报警距离进行调整，当报警距离设定完成以后，再次按下设置键，完成设置，成功更新报警距离。图4-6 按键控制步骤图4.5 显示模块 超声波测距仪需要经过显示模块才能让使用者直观地得到所需测量数据，显示模块成为超声波测距仪和使用者进行信息交流最关键部分。经过显示模块，使用者能够得到测量值，或调整报警距离。在超声波测距仪开启以后，经过初始化，数码管默认显示测量值，此时显示3位数码管：若安下设置键，则数码管显示报警距离，报警距离调整也会经过数码管显示出来，测试显示4位数码管。当再次按下设置键后，退出报警距离显示，重新显示测量值。图4-7 显示模块步骤图4.6 本章小结 本章关键介绍了超声波测距仪程序中关键模块功效，和实现其功效思绪和