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        基于Arduino的超聲測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2013-12-31 00:00:00康凌
        電子世界 2013年20期

        【摘要】Arduino是目前較為流行的電子互動(dòng)平臺(tái),基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā),具有使用簡(jiǎn)單,功能多樣,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和互動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)方面。我們采用Arduino作為主控制器,結(jié)合超聲測(cè)距模塊,1602液晶模塊,進(jìn)行了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

        【關(guān)鍵詞】Arduino;1602液晶;超聲測(cè)距

        一、“電子積木”Arduino

        近幾年,歐美大學(xué)皆相當(dāng)流行應(yīng)用Arduino作為基礎(chǔ)的技術(shù),在國(guó)內(nèi)使用Arduino的人也越來越多。

        Arduino為什么會(huì)這樣流行?首先因?yàn)樗且粋€(gè)基于開放源代碼的硬件項(xiàng)目平臺(tái):

        1.硬件平臺(tái)是開放的,任何人都可以在Arduino官方網(wǎng)站上下載最新的PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)制,硬件平臺(tái)包括基于AVR ATmega128微控制器的主控制電路板,以及大量的各式輸入/輸出電子模塊。輸入/輸出模塊包括開關(guān)輸入模塊、溫度壓力傳感器輸入模塊、超聲測(cè)距傳感器輸入模塊、各類顯示輸出模塊、電機(jī)控制模塊等,甚至還有以太網(wǎng)接入模塊。這些模塊與主控制電路板的連接,不需焊接,只要像積木一樣拼在一起即可。因此,Arduino也被稱為“電子積木”。

        2.在軟件方面,Arduino有一個(gè)屬于自己的基于Eclipse的IDE軟件開發(fā)環(huán)境,開發(fā)語言采用類C++語言的高級(jí)語言,容易被使用者掌握。有大量的庫(kù)文件可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載免費(fèi)獲得,大大簡(jiǎn)化了程序開發(fā)工作。

        二、超聲波測(cè)距原理

        由于超聲波具有指向性強(qiáng),在傳輸中能量消耗低,傳播的距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)而被經(jīng)常用于工業(yè)控制、建筑測(cè)量、汽車倒車系統(tǒng)等領(lǐng)域。

        超聲波測(cè)距儀是利用超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時(shí)刻開始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的超聲波傳播時(shí)間,以及超聲波在相應(yīng)介質(zhì)中的傳播速度就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S=C*t/2,其中C為超聲波在空氣中的傳播速度,t為聲波往返所用的時(shí)間。

        超聲波的傳播主要受空氣密度的影響,空氣的密度越高其速度就越快,而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系??諝庵械穆暡▊鞑ニ俣瓤山频乇硎緸镃=331.4+0.607*T,其中T是空氣介質(zhì)的溫度。超聲波的傳播速度式中:C=331.4m/S為零度時(shí)的聲波速度;T為實(shí)際溫度(℃)。在測(cè)距精度不是很高的情況下,一般認(rèn)為c為常數(shù)340m/s。

        三、超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)

        超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)主要有Arduino UNO主控制板、超聲測(cè)距模塊LCD1602液晶顯示模塊。

        1.超聲波板主要技術(shù)參數(shù)的介紹:

        (1)工作電壓:DC5V;

        (2)靜態(tài)電流:小于2mA;

        (3)電平輸出:高5V;

        (4)電平輸出:底0V;

        (5)感應(yīng)角度:不大于15度;

        (6)感應(yīng)距離:4cm-5米;

        (7)高精度:0.3cm。

        板上接線如圖1所示(左數(shù)起):

        (1)VCC;

        (2)trig(控制端);

        (3)echo(接收端);

        (4)out(空腳);

        5)GND。

        圖1 超聲測(cè)距模塊

        2.Arduino與超聲測(cè)距的連接方式:

        Arduino的數(shù)字6腳與超聲測(cè)距模塊的第2腳連接,Arduino的數(shù)字7腳與超聲測(cè)距模塊的第3腳連接。

        3.1602液晶與Arduino板連接圖如圖2所示:

        圖2 Arduino板與1602液晶連接圖

        4.實(shí)物連接圖:

        圖3 超聲測(cè)距系統(tǒng)實(shí)物圖

        四、軟件代碼

        1.在采用Arduino編程的過程中,主要用pulseIn()函數(shù),pulseIn()函數(shù)用來讀取一個(gè)引腳的脈沖(HIGH或LOW)。例如,如果value是HIGH,pulseIn()會(huì)等待引腳變?yōu)镠IGH,開始計(jì)時(shí),再等待引腳變?yōu)長(zhǎng)OW并停止計(jì)時(shí)。返回脈沖的長(zhǎng)度,單位微秒。如果在指定的時(shí)間內(nèi)無脈沖函數(shù)返回。計(jì)時(shí)范圍從10微秒至3分鐘。(1秒=1000毫秒=1000000微秒)

        語法:

        pulseIn(pin,value)或pulseIn(pin, value,timeout)

        參數(shù):

        pin:你要進(jìn)行脈沖計(jì)時(shí)的引腳號(hào)(int)。value:要讀取的脈沖類型,HIGH或LOW(int)。

        Timeout(可選):指定脈沖計(jì)數(shù)的等待時(shí)間,單位為微秒,默認(rèn)值是1秒(unsigned long)

        超聲測(cè)距的主要代碼:

        五、總結(jié)

        本文以Arduino為工作處理器核心,設(shè)計(jì)了超聲測(cè)距模塊,準(zhǔn)確度達(dá)到測(cè)距模塊精度。由于Arduino是一個(gè)開源的系統(tǒng),可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載免費(fèi)獲得庫(kù)文件,從而大大簡(jiǎn)化了程序開發(fā)工作。Arduino是適合電子愛好者進(jìn)行開發(fā)產(chǎn)品的一個(gè)平臺(tái)。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]孫駿榮,吳展明,等.Arduino一試就上手[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

        [3][美]Simon Monk.基于Arduino的趣味電子制作[M].吳蘭臻,鄭海昕,王天祥,譯.張寶玲,審校.北京:科學(xué)出版社,2011.

        [4]吳雙力,等,編著.AVR-GCC與AVR單片機(jī)C語言開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

        作者簡(jiǎn)介:康凌(1979—),女,土家族,湖北恩施人,碩士研究生,廈門城市職業(yè)學(xué)院講師,研究方向:?jiǎn)纹瑱C(jī)、傳感器。

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